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HochleistungsdämmstoffeProduktgruppeninformation |
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BegriffsdefinitionUnter Hochleistungsdämmstoffen versteht man Wärmedämmstoffe, welche im Vergleich zu herkömmlichen Produkten eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoffen aus Polystyrol oder Mineralwolle liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 0,029 und 0,040 W/mK. Dämmstoffe mit Aerogelen oder Vakuum-Isiolations-Paneele (VIP) hingegen erreichen Wäremeleitfähigkeiten zwischen 0,004 bis 0,015 W/mK. Mitunter werden auch Dämmstoffe aus PUR/PIR zu den Hochleistungsdämmstoffen gezählt. Gewisse Polyurethan-Hartschäume erreichen Wärmeleitfähigkeiten von 0,020–0,024 W/mK (siehe Polyurethan-Hartschaum). Ein Aerogel ist ein offenzelliger, mesoporöser, solider Schaum, der aus einem Netzwerk von miteinander verbundenen Nanostrukturen besteht. Die Bezeichnung Aerogel bezieht sich nicht auf eine bestimmte stoffliche Zusammensetzung sondern auf eine geometrische Anordnung in welcher eine Substanz vorliegen kann. Aerogele aus amorpher Kieselsäure (Silica) finden in Dämmstoffprodukten Verwendung. Von der weltweiten Produktion wird der überwiegende Anteil für Anwendungen in der Industrie eingesetzt. Für die Wärmedämmung von Gebäuden wird Aerogel in folgenden Produkttypen eingesetzt:
Vakuum-Isolations-Paneele sind plattenförmige Elemente, die zur Dämmung von Gebäuden oder auch Kühlschränken eingesetzt werden. Sie bestehen aus einem Kern (Stützkörper) aus pyrogener Kieselsäure, welcher von einer speziellen Barrierefolie umschlossen ist. Der Kern wird während der Herstellung evakuiert und besteht wie beim Aerogel aus Nanostrukturen. Von der chemischen Zusammensetzung her unterscheiden sich Aerogele aus Kieselsäure und das Kernmaterial von VIP aus pyrogener Kieselsäure nicht. Der Unterschied liegt lediglich in der Weise wie die Nanostrukturen in den beiden Materialien erzeugt werden. Aerogele werden in einem nasschemischen Verfahren (Fällungskieselsäure) hergestellt während pyrogene Kieselsäure durch Flammenhydrolyse erzeugt wird. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wesentliche BestandteileBei den oben beschriebenen Materialien Aerogel und pyrogene Kieselsäure, handelt es sich von der chemischen Zusammensetzung her um amorphe Kieselsäure (Silica). Aerogele werden in Anwendungen in Gebäuden meist mit anderen Materialien kombiniert. Die üblichsten Anwendungen sind Matten oder Dämmplatten bestehend aus Aerogel und einem Trägervlies aus Polyester- und Glasfasern. Der Kern von Vakuum-Isolations-Paneelen besteht hauptsächlich aus pyrogener Kieselsäure. Darin enthalten sind zudem noch Anteile an Siliziumcarbid (IR-Trübungsmittel) und Faserfilamente (Viskose oder Zellulose). Die Barrierefolie muss zur Aufrechterhaltung des Vakuums im Kern möglichst gasdicht sein. Sie beseht aus einem mehrschichtigen Aufbau aus metallisierten Kunststofffolien. Als Produktvarianten von Vakuum-Isolations-Paneelen sind Paneele mit ein- oder beidseitigen Funktionskaschierung bestehend aus EPS, XPS, Gummigranulat, Polyesterfaserplatte, Bitumenbahn, PUR/PIR oder Steinwolle erhältlich. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CharakteristikDie Wärme wird in porösen Materialien durch vier Mechanismen übertragen: Konvektion, Gasleitung, Festkörperleitung und Strahlung. Die sehr gute Dämmwirkung von Silica-Aerogelen und pyrogener Kieselsäure wird durch die kleinen Poren erzeugt. Der Porendurchmesser liegt im Nanometer–Bereich und ist geringer als die mittlere freie Wellenlänge von Luft. Dadurch wird die Konvektion verhindert sowie die Wärmeleitung in der Gasphase im Vergleich zu konventionellen Dämmstoffen stark reduziert. Die Wärmeleitfähigkeiten von Silica–Aerogelen als Schüttung mit 0,018 W/mK und pyrogener Kieselsäure mit 0.020 W/mK liegen deutlich tiefer als jene von Mineralwolle-Dämmstoffen (0,032 – 0,034 W/mK) oder Polystyrol (0,029 – 0,036 W/mK). Bei Vakuum-Isolations-Paneelen wird zudem die Gasleitung durch das Vakuum eliminiert, wodurch Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0.004 und 0.007 W/mK erreicht werden können. Eine gegebene Dämmleistung kann deshalb mit geringeren Dämmstärken realisiert werden. Die Oberfläche der Aerogelpartikel ist hydrophob eingestellt, um eine Feuchtigkeitsaufnahme, welche die Wärmeleitfähigkeit des Materials erhöhen würde, zu verhindern. In Vakuum-Isolations-Paneelen ist der Kern durch die Barrierefolie von einer Feuchtigkeitsaufnahme weitgehend geschützt. Nachfolgende Tabelle zeigt einige der charakteristischen Merkmale von Silica–Aerogelen und pyrogener Kieselsäure:
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Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und GesundheitsrelevanzSofern keine eingeschränkten Platzverhältnisse gegeben sind, kann die erforderliche Dämmleistung auch mit konventionellen Dämmstoffen erbracht werden. Der Nachteil von Hochleistungsdämmstoffen aus amorpher Kieselsäure ist das sehr energieintensive Herstellungsverfahren. Zudem sind die Kosten von Dämmstoffen mit amorpher Kieselsäure deutlich höher als jene von konventionellen Materialien. Im Hinblick auf potentielle Risiken für Gesundheit und Umwelt ist anzumerken, dass Silica in Form von Aerogel oder pyrogener Kieselsäure keine Nanopartikel enthalten. Die Bezeichnung "Nano" bezieht sich auf die Größe der Poren in den Materialien. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
LieferzustandAerogele
Vakuum-Isolations-Paneele
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Anwendungsbereiche (Besonderheiten)Hochleistungsdämmstoffe mit Aerogelen oder Vakuum-Isolations-Paneele werden vor allem dort eingesetzt wo aus Platzgründen nur geringe Dämmstärken möglich sind. Aufgrund der hohen Kosten ist die Anwendung in anderen Bereichen heute nicht wirtschaftlich. Verbundelemente mit Aerogel werden aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit in Dächern, Fassaden und Industrieverglasungen angewendet. Folgende Tabelle zeigt die Anwendungsbereiche der unterschiedlichen Dämmstoffe mit Aerogelen oder pyrogener Kieselsäure, sowie in Abhängigkeit der Anwendung, die wichtigsten technischen Eigenschaften.
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Produktdatenblätter diverser Hersteller Koebel M. et al., Aerogel-based thermal superinsulation: an overview, J Sol-Gel Sci Technol (2012) 63:315–339 Heinemann U., Schwab H., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, EA/ECBCS Annex 39, December 2005 Simmler H., Brunner S. et al., Vacuum Insulation Panels, Study on VIP-components and Panels for Service Life Prediction of VIP in Building Applications, IEA/ECBCS Annex 39, September 2005 Eberhardt H., Vom Pulver zur Paneele – Wie entsteht ein VIP, VIP-Bau: 2. Fachtagung "Erfahrungen aus der Praxis" am 16./17.06.2005 in Wismar Ergebnis human-toxikologische Sicherheitsbewertung und stoffliche Beurteilung von Spaceloft und Pyrogel XT Dämmmatten, Firma NanoCASE, abgerufen am 24. 10.2017 → Download | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gehen Sie, wie gewohnt über das große Ausklappmenü. Wenn Sie in dem linken Feld die Auswahl ändern möchten so entriegeln Sie einfach das Schloss durch anklicken.HochleistungsdämmstoffeRisikobetrachtung Lebenszyklusphasen |
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HochleistungsdämmstoffePlanungs- und Ausschreibungshilfen |
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HochleistungsdämmstoffeUmweltdeklarationen |
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HochleistungsdämmstoffeBewertungssystem |
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Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)
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BNB-Kriterium BN_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Neubau)
Einordnung der Dämmstoffe mit Aerogelen
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Qualitätsniveau (QN) | Anforderungen an | Anforderungen an |
|---|---|---|
1 | Produktdokumentation1 incl. Deklaration von SVHC der Kandidatenliste > 0,1 Gew.-%
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2 (zusätzlich zu QN1) | ||
3 | ||
4 (zusätzlich zu QN3) | Die Anforderungen des Blauen Engels DE-UZ 1402 (Wärmedämmverbundsysteme) an Dämmstoffe hinsichtlich gefährlicher Stoffe, VOC, halogenierter Treibmittel* und Bioziden müssen erfüllt werden. *Hinweis: Für die Dämmstoffproduktion werden Aerogele i.d.R. mit Mineralfasern, Polyester oder Gipswerkstoffen kombiniert. Halogenierte Treibmittel sind hier normalerweise kein Thema. | Einhaltung AgBB-Bewertungsschema |
| 5 (zusätzlich zu QN4) | Die Anforderungen des Blauen Engels DE-UZ 1322 (Wärmedämmstoffe und Unterdecken) hinsichtlich gefährlicher Stoffe, VOC, halogenierter Treibmittel* und Bioziden müssen erfüllt werden. | |
KommentierungDämmstoffe mit Aerogelen können alle Anforderungen an Außen- oder Innendämmungen bis einschließlich QN5 erfüllen. Ab QN4 (für Außenanwendung) bzw. QN5 (für Innenanwendung) müssen die Produkte allerdings weitere umfangreiche stoffliche Anforderungen gemäß Blauem Engel DE-UZ 140 bzw. DE-UZ 1322 erfüllen. Dafür werden die meisten Produkte mit Aerogelen einen Nachweis der Gleichwertigkeit für alle relevanten Einzelanforderungen erbringen müssen. Ein Wärmedämmverbundsystem mit Blauem Engel, das auf Dämmstoffen mit Aerogelen basiert, gibt es derzeit nicht (Stand 10/2015).3 | ||
1 Die Produktdokumentation (z. B. über Produktdatenblätter, Technische Merkblätter, Sicherheitsdatenblätter) ist die Mindestanforderung, die mindestens für alle durch BNB 1.1.6 betroffenen Produktgruppen erfüllt sein muss. Zusätzlich ist für alle diese Produktgruppen immer auch die Deklaration von SVHC der Kandidatenliste nach REACH (z.B. über Sicherheitsdatenblätter, Herstellererklärung) erforderlich. Produktgruppenabhängig können auch noch andere Nachweise gefordert sein.
2 Sofern innerhalb der Qualitätsniveaus auf aggregierte Produktkennzeichnungen verwiesen wird (Emicode, Blauer Engel, etc.), ist es zulässig vergleichbare Nachweise (weitere Umweltzeichen, Angaben in Sicherheits- oder Produktdatenblätter etc.) heranzuziehen. Dabei bezieht sich die Vergleichbarkeit nur auf die Anforderungen hinsichtlich der jeweiligen zu betrachtenden Schadstoffgruppen.
3 Eine Aussage über die Marktverfügbarkeit kann hier nicht getroffen werden. Insbesondere da auch vergleichbare Nachweise z.B. zum geforderten Blauen Engel3 herangezogen werden können.
Planungs- und Ausschreibungshilfen mit Textbausteinen
Position 36b für Innendämmungen ist neu in Kriterium BNB_BN_1.1.6 hinzugekommen. Deshalb gibt es für diese Position noch keine WECOBIS Textbausteine. Sie werden in Kürze erstellt.
Für alle anderen Dämmstoffanwendungen (auch 36b), die in 1.1.6 adressiert sind, finden sich tabellarische Übersichten mit allen Einzelkriterien für Planung und Ausschreibung im neuen Modul Planungs- & Ausschreibungshilfen unter "Dämmstoffe". Die Tabellen dort enthalten auch detaillierte Informationen zu den Nachweismöglichkeiten (z.B. über andere Produktkennzeichnungen) und damit zur Prüfung der angebotenen Produkte. Außerdem finden sich dort auch die für die verschiedenen Qualitätsniveaus zugehörigen Textbausteine (auch als PDF-Download).
BNB-Kriterium BK_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Komplettmodernisierung)
| Welche Ziele werden mit BNB-Kriterium BK_1.1.6 verfolgt? Inhalt aufklappen | |
Im Falle einer Sanierungsmaßnahme wird BN_1.1.6 ergänzt durch das BNB-Kriterium BK_1.1.6. Dieses zielt auf die Adressierung und Ausschleusung von Materialien in der bestehenden Bausubstanz, die ein Risikopotenzial für Mensch und Umwelt darstellen. Die Bewertung erfolgt anhand einer Einstufung der Baumaterialien in ein vorgegebenes Schadstoffkataster mit 14 Schadstoffgruppen aufgrund ihres Schädigungspotentials und der jeweiligen Sanierungsmaßnahmen. Das Kriterium teilt die Anforderungen in 4 Qualitätsniveaus ein. Die Einordnung orientiert sich an Aufwand und Schwierigkeitsgrad der praktischen Umsetzung sowie an der ökologischen Bedeutung er Substitution eines Stoffes. Weitere Informationen zu den Einzelkriterien im Bestand siehe BK_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Komplettmodernisierung). Für den Einbau von neuen Materialien gilt BN_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Neubau). |
Die Einordnung von Materialien im Bestand erfolgt in WECOBIS jeweils gesammelt für die ganze Obergruppe der Dämmstoffe. Siehe dazu Dämmstoffe im Bestand.
Aerogel-Dämmstoffe sind allerdings neue Produkte, die deshalb zur Zeit in älteren Gebäuden noch nicht vorhanden sind. Sie enthalten keine der bekannten Schadstoffe.
Die potentiellen Risiken von Nanoprodukten für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sind noch wenig untersucht. Aerogel gehört nicht zu den Nanopartikeln. Die Bezeichnung "Nano" bezieht sich auf die Größe der Poren im Aerogel. Beim Rückbau von Dämmstoffen mit Aerogelen kann es jedoch zu Staubemissionen kommen, welche zu Augen- und Atemwegsreizungen führen können. Die Auswirkungen einer Langzeitexposition auf die menschliche Gesundheit sind nicht bekannt.
BNB-Kriterium BN_3.1.3 - Innenraumhygiene
| Welche Ziele werden mit BNB-Kriterium BN_3.1.3 verfolgt? Inhalt aufklappen | |
Ziel des BNB-Kriteriums 3.1.3 ist die Sicherstellung der Luftqualität im Innenraum unter hygienischen Gesichtspunkten, die zu keinen negativen Effekten hinsichtlich der Befindlichkeit der Raumnutzer führt, die hygienische Sicherheit garantiert und somit möglichst auch eine empfundene hohe olfaktorische Luftqualität gewährleistet. |
Einordnung der Dämmstoffe mit Aerogelen:
Bei Innenanwendungen von Dämmstoffen mit Aerogel sind vom Aerogel selbst keine VOC- oder Formaldehyd-Emissionen zu erwarten. Aerogel kommt aber auch in Verbundwerkstoffen (z. B. mit Mineralwolle oder Gipswerkstoffen) vor. Deshalb können bei der Beurteilung der Emissionen in die Innenraumluft auch andere Materialien relevant sein.
Produkte mit dem Blauen Engel DE-UZ 132 (Wärmedämmstoffe und Unterdecken) dürfen bestimmte Grenzwerte hinsichtlich VOC- oder Formaldehyd-Emissionen nicht überschreiten.
weitere Informationen und Links zu Umweltzeichen für emissionsarme Produkte siehe Reiter Zeichen & Deklarationen
BNB-Kriterium BN_4.1.4 - Rückbau, Trennung, Verwertung
| Welche Ziele werden mit BNB-Kriterium BN_4.1.4 verfolgt? Inhalt aufklappen | |
Im BNB Kriteriensteckbrief 4.1.4 werden Konstruktionen nach ihrer Rückbaubarkeit, Trennbarkeit und Verwertbarkeit eingestuft. |
Rückbaubarkeit
Für die Bewertung wirkt sich der Einsatz abfallarmer Konstruktionen, die die Möglichkeit eines sortenreines Rückbaus erlauben, günstig aus. Die Rückbaubarkeit beschreibt den Aufwand, der für Demontage oder Abbruch eines Bauteils aus dem Gebäudeverband nötig ist.
Für die Rückbaubarkeit von Dämmstoffen mit Aerogel ist in erster Linie entscheidend, ob es sich um eine Schüttung mit Aerogel (relativ geringer Rückbauaufwand) oder um einen Verbundwerkstoff mit Aerogel ( Rückbauaufwand abhängig von der Befestigung) handelt. Die Rückbaubarkeit von Kompositwerkstoffen (Dämmplatten- oder Vliese mit Aerogel) wird in erster Linie durch die Einbausituation und erst in zweiter Linie durch die gewählte Befestigungsart beeinflusst. Am einfachsten rückbaubar sind Schüttungen mit Aerogel sowie lose horizontal verlegte Dämmplatten oder -vliese. An der Fassade befestigte oder verklebte Dämmstoffe können mit mittlerem bis hohem Aufwand mechanisch entfernt werden.
Weiterhin können erforderliche Arbeitsschutzmaßnahmen aufgrund einer möglichen Staubentwicklung den Aufwand für den Rückbau erhöhen.
| Rückbaubarkeit | Geringer Rückbauaufwand => => => => => => => hoher Rückbauaufwand | ||
| Konstruktionsweise | lose Verlegung | mechanische Fixierung | (vollflächige) Verklebung |
| Blähperlit-Dämmstoffe | X | ||
| Calciumsilikat-Dämmplatten | X | ||
| Dämmstoffe mit Aerogelen | X | X | X |
| Mineralwolle-Dämmstoffe | X | X | X |
| Schaumglas-Dämmstoffe | X | ||
| Vermiculite-Dämmstoffe | X | ||
| Flachs/Hanf-Dämmstoffe | X | X | X |
| Holzfaserdämmplatten | X | X | X |
| Kork-Dämmstoffe | X | X | X |
| Schafwolle-Dämmstoffe | X | X | |
| Zellulose-Dämmstoffe | X | X | X |
| Expandiertes Polystyrol (EPS) | X | X | X |
| Extrudiertes Polystyrol (XPS) | X | X | X |
| Polyurethan (PUR/PIR)-Spritzschaum | X | ||
| Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) | X | X | X |
Sortenreinheit
Beschreibt den Aufwand, der für die sortenreine Trennung mehrschichtiger und / oder inhomogener Bauteile anfällt.
Schüttungen mit Aerogel lassen sich zwar relativ einfach als sortenreine Fraktion ausbauen. Jedoch sind aufgrund der möglichen Staubentwicklung Arbeitsschutzmaßnahmen (Atem- und Hautschutz) erforderlich. Bei Kompositwerkstoffen mit Aerogel kann davon ausgegangen werden, dass die sortenreine Trennung, wenn überhaupt, nur mit einem sehr hohen Aufwand realisierbar ist.
Verwertbarkeit
Für die Bewertung der Verwertbarkeit der Baustofffraktionen gelten die zur Zeit der Bewertung am Markt aktuell verfügbaren technischen Verfahren. Alternativ können bei Bauteilen mit langer zu erwartender Nutzungsdauer Forschungsvorhaben, die praktikable Lösungsmöglichkeiten in absehbarer Zeit zur Verfügung stellen können, positiv bewertet werden.
Eine stoffliche Verwertung für Aerogel-Schüttungen wäre theoretisch denkbar. Da Aerogel-Dämmstoffe jedoch eine relativ neue Entwicklung sind, gibt es weder eine Rücknahmesystem noch spezifische Recyclingprodukte mit Aerogel. Derzeit stellt die Deponierung für Aerogel-Schüttungen den einzig möglichen Beseitigungsweg dar. Nach derzeitigem Wissenstand wird empfohlen, Aerogel-Dämmstoffe vor der Deponierung thermisch zu behandeln. Am ehesten scheint zurzeit eine Hochtemperaturverbrennung in Frage zu kommen.
Kompositwerkstoffe mit Aerogel und Kunststoffen können aufgrund des Energieinhalts der Kunststoffe auch energetisch verwertet werden.
| Verwertungs-/ Beseitigungswege | Hochwertige Verwertung | Minderwertige Verwertung | Energetische Verwertung | Deponierung |
| Blähperlit-Dämmstoffe | nicht möglich | möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg |
| Calciumsilikat-Dämmplatten | nicht möglich | möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg |
| Dämmstoffe mit Aerogelen | nicht möglich | nicht möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg |
| Mineralwolle-Dämmstoffe | möglich | möglich | nicht möglich | möglich |
| Schaumglas-Dämmstoffe | möglich | möglich | nicht möglich | möglich |
| Vermiculite-Dämmstoffe | nicht möglich | möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg |
| Flachs/Hanf-Dämmstoffe | nicht möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Holzfaserdämmplatten | nicht möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Kork-Dämmstoffe | nicht möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Schafwolle-Dämmstoffe | möglich | möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Zellulose-Dämmstoffe | möglich | möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Expandiertes Polystyrol (EPS) | möglich | möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Extrudiertes Polystyrol (XPS) | nicht möglich | möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Polyurethan (PUR/PIR)-Spritzschaum | nicht möglich | nicht möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) | nicht möglich | möglich | momentan der übliche Beseitigungsweg | nicht zulässig |
| Hochwertige Verwertung | Die Produktgruppe wird zur Herstellung gleichwertiger Produkte als wesentlicher Bestandteil des Endprodukts eingesetzt. |
| Minderwertige Verwertung | Die Produktgruppe wird zur Herstellung untergeordneter Produkte als wesentlicher Bestandteil des Endprodukts eingesetzt. |
| Energetische Verwertung | Die Produktgruppe wird in einer Verbrennungsanlage energetisch verwertet. |
| Deponierung | Die Produktgruppe wird ggf. nach thermischer Vorbehandlung deponiert |
Quellen
Kriteriensteckbrief 1.1.6 "Risiken für die lokale Umwelt", verwendete Version / Stand 28.09.2017:
BNB_BN_1.1.6 Version V 2015 (Textteil)
Anlage 1 / Übersichtstabelle aller Qualitätsanforderungen gemäß QN 1 bis 5 (sortiert nach Bauproduktgruppen)
Anlage 2 / Ergänzung zu Anlage 1: Einzelstoffe mit besonders besorgniserregenden Eigenschaften (nur zur Information)
Kriteriensteckbrief 3.1.3 "Innenraumlufthygiene", verwendete Version / Stand 01.03.2017: BNB_BN_3.1.3 Version V 2015
Kriteriensteckbrief 4.1.4 "Rückbau, Trennung und Verwertung", verwendete Version / Stand 01.03.2017: BNB_BN 4.1.4 Version V2015
HochleistungsdämmstoffeTechnisches |
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Technische DatenFolgende Tabelle zeigt die wichtigsten technischen Eigenschaften der unterschiedlichen Dämmstoffe mit Aerogelen in Abhängigkeit von ihrer Anwendung.
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QuellenProduktdatenblätter von diversen Herstellern Eigene Daten büro für umweltchemie |
HochleistungsdämmstoffeLiteraturtipps |
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Ergebnis human-toxikologische Sicherheitsbewertung und stoffliche Beurteilung von von Spaceloft und Pyrogel XT Dämmmatten, Firma NanoCASE, abgerufen am 24. 10.2017 → Download Aspen Aerogels, Environmental Product Declaration, Spaceloft Aerogel Insulation, 2013 Institut Bauen und Umwelt e.V. (IBU), Umweltproduktdeklartionen für Vakuum-Isolations-Paneele, www.bau-umwelt.com Koebel M. et al., Aerogel-based thermal superinsulation: an overview, J Sol-Gel Sci Technol (2012) 63:315–339 Heinemann U., Schwab H., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, EA/ECBCS Annex 39, December 2005 Simmler H., Brunner S. et al., Vacuum Insulation Panels, Study on VIP-components and Panels for Service Life Prediction of VIP in Building Applications, IEA/ECBCS Annex 39, September 2005 Eberhardt H., Vom Pulver zur Paneele – Wie entsteht ein VIP, VIP-Bau: 2. Fachtagung "Erfahrungen aus der Praxis" am 16./17.06.2005 in Wismar Erb M. et al., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, High Performance Thermal Insulation, IEA/ECBCS Annex 39, December 2005 |
HochleistungsdämmstoffeRohstoffe / Ausgangsstoffe |
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HauptbestandteileAerogel für Dämmstoffe wird aus einem Gel aus Kieselsäure hergestellt, das mit speziellen Verfahren getrocknet wird. Das fertige Produkt besteht zu 100% aus Siliziumdioxid. Je nach Herstellungsverfahren wird die Kieselsäure aus Tetramethylorthosilicat (TMOS) oder aus Tetraethylorthosilicat (TEOS) unter Zugabe einer Fällungs-Reagenz (Salzsäure), Alkohol, Wasser und eines Katalysators gewonnen. Bei Verbundelementen befindet sich das Aerogel in einer Schale aus glasfaserverstärktem Polyesterharz (Polyester). Verbundplatten bestehen aus Gipswerkstoffen und Mineralwolle, welche mit Aerogel versetzt ist. Vliese oder Dämmplatten mit Aerogel bestehen aus Polyester- und/oder Glasfasern, welche mit Aerogel versetzt sind. Die Vliese enthalten bis zu 50% Aerogel. Gemäß Sicherheitsdatenblatt und Umweltproduktdeklaration des Herstellers ist die Zusammensetzung der Vliese wie folgt:
Von der Chemie her handelt es sich bei pyrogener Kieselsäure (wie bei Aerogel) um Siliziumdioxid. Der Kern von Vakuum-Isolations-Paneelen (VIP) besteht aus pyrogener Kieselsäure, einem Trübungsmittel (Siliziumcarbid) und Viskose- oder Zellulosefasern. Der Kern oder Stützkörper wird mit einem Polypropylen Spinnvlies und einer Kunststoff-Metallverbundfolie ummantelt. Gemäß den Umweltproduktdeklarationen von zwei Herstellern ist die Zusammensetzung wie folgt:
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Umwelt- und GesundheitsrelevanzGewinnung der PrimärrohstoffeDie Ausgangsstoffe zur Herstellung von Aerogel oder pyrogener Kieselsäure sind allesamt synthetischer Natur. | ||||||||||||||||||||||
QuellenSicherheitsdatenblatt Aspen Aerogels für Spaceloft Aspen Aerogels, Environmental Product Declaration, Spaceloft Aerogel Insulation, 2013 Institut Bauen und Umwelt e.V. (IBU), Umweltproduktdeklartionen für Vakuum-Isolations-Paneele, www.bau-umwelt.com Koebel M. et al., Aerogel-based thermal superinsulation: an overview, J Sol-Gel Sci Technol (2012) 63:315–339 Heinemann U., Schwab H., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, EA/ECBCS Annex 39, December 2005 Simmler H., Brunner S. et al., Vacuum Insulation Panels, Study on VIP-components and Panels for Service Life Prediction of VIP in Building Applications, IEA/ECBCS Annex 39, September 2005 Eberhardt H., Vom Pulver zur Paneele – Wie entsteht ein VIP, VIP-Bau: 2. Fachtagung "Erfahrungen aus der Praxis" am 16./17.06.2005 in Wismar |
HochleistungsdämmstoffeHerstellung |
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Prozesskette
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HerstellungsprozessDie Herstellung von Aerogel erfolgt mittels Sol-Gel-Prozess. Dabei wird in einem ersten Schritt ein Gel aus Kieselsäure hergestellt. Die Ausgangsstoffe zur Herstellung des Gels sind: Tetraethylorthosilicat (TEOS), Ethanol, Isopropanol, Methylethylketon (MEK), Salzsäure (HCl) und Ammoniakwasser. Das Gel wird dann in einem speziellen Verfahren so getrocknet, dass sich das im Gel vorhandene Porenvolumen beim Austrocknen nicht verkleinert. Das üblichste Trocknungsverfahren ist die überkritische Trocknung. Dazu wird die Proenflüssigkeit (Ethanol) mit überkritischem CO2 (bei etwa 130 bar und 45°C) extrahiert. Nach der Trocknung wird das so hergestellte Aerogel mit Hexamethyldisiloxan (HMDSO) hydrophobiert. Für die Herstellung von Vliesen oder Platten mit Aerogel wird das Trägermaterial aus Kunststoff-und Glasfasern vor der Trocknung mit dem Gel eingegossen. Im Labormaßstab sind auch Verfahren bekannt bei denen das Gel bei atmosphärischem Druck getrocknet werden kann. Die Herstellung von pyrogener Kieselsäure erfolgt mittels Flammenhydrolyse von Siliciumtetrachlorid (SiCl4). Dabei reagiert SiCl4 innerhalb einer Knallgasflamme bei ca. 1200 °C mit intermediär gebildetem Wasser zu Siliciumdioxid. Die Siliciumdioxidteilchen verschmelzen in der Flamme zu Aggregaten. Diese haben eine Grösse von 5 – 50 nm. Beim Abkühlen entstehen aus den Aggregaten poröse Agglomerate oder Tertiärstrukturen mit einer Größe im Bereich von mehreren Mikrometern. Zur Herstellung von Vakuum-Isolations-Paneelen wird in einem ersten Schritt die pulverförmige pyrogene Kieselsäure zusammen mit einem Trübungsmittel (Siliziumcarbid) und Faserfilamenten (Viskose- oder Zellulosefasern) zu Platten verpresst. Beim Pressen der Platten entsteht ein zellulares Gefüge mit Poren im Nanometerbereich. Die Platten werden danach bei ca. 100°C getrocknet. Der so hergestellte Stützkörper der Vakuum-Isolations-Paneeele weist dadurch eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0.018 – 0.020 W/(m*K) auf. Durch die Evakuierung des Stützkörpers kann die Wärmeleitfähigkeit noch um einen Faktor 4 reduziert werden. Dazu wird in einem zweiten Schritt der Stützkörper mit einem Spinnvlies und einer metallisierten Kunststoffverbundfolie umhüllt. In einer Vakuum-Kammer wird der Stützkörper evakuiert und die Kunststoffverbundfolie verschweißt. | |
Umweltindikatoren / HerstellungReferenz EnergieaufwandAerogel-VliesGemäss der Umlwetproduktdeklaration eines amerikanischen Herstellers verursacht die Herstellung von 1 m2 Spaceloft mit einer Dicke von 10mm und einer Wärmeleitfähigkeit von 0,015 W/(m*K) einen Energieaufwand (nicht erneuerbare Primärenergie) von 250 MJ und Treibhausgasemissionen von 12.7 kg CO2-eq. Bei gleichem U-Wert verursacht die Herstellung von Aerogel-Vlies einen 5-6 Mal höheren Energieaufwand als konventionelle Dämmstoffe. VIPGemäss Umweltproduktdeklarationen von zwei Herstellern erfordert die Herstellung der Paneele ca. 145 bis 156 MJ nicht erneuerbare Primärenergie pro kg VIP. Die Treibhausgasemissionen für die Herstellung betragen ca. 9 – 11 kg CO2-eq./kg. Bei gleichem U-Wert verursacht die Herstellung von VIP einen etwa 3 Mal höheren Aufwand an nicht erneuerbarer Primärenergie als konventionelle Dämmstoffe. | |
QuellenAspen Aerogels, Environmental Product Declaration, Spaceloft Aerogel Insulation, 2013 Institut Bauen und Umwelt e.V. (IBU), Umweltproduktdeklartionen für Vakuum-Isolations-Paneele, www.bau-umwelt.com Koebel M. et al., Aerogel-based thermal superinsulation: an overview, J Sol-Gel Sci Technol (2012) 63:315–339 Heinemann U., Schwab H., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, EA/ECBCS Annex 39, December 2005 Simmler H., Brunner S. et al., Vacuum Insulation Panels, Study on VIP-components and Panels for Service Life Prediction of VIP in Building Applications, IEA/ECBCS Annex 39, September 2005 Eberhardt H., Vom Pulver zur Paneele – Wie entsteht ein VIP, VIP-Bau: 2. Fachtagung "Erfahrungen aus der Praxis" am 16./17.06.2005 in Wismar |
HochleistungsdämmstoffeVerarbeitung |
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Technische Hinweise / VerarbeitungsempfehlungenDie Verarbeitung von Aerogel Vliesen oder Platten ist relativ einfach. Das Material lässt sich mit üblichen Schneidwerkzeugen zuschneiden. Für die Verarbeitung von Vliesen/Platten oder Einblasgranulat mit Aerogel sind wegen Staubemissionen Schutzmaßnahmen zu beachten (siehe unten). Bei der Verarbeitung von Vakuum-Isolations-Paneelen muss besonders darauf geachtet werden, dass die Barrierefolie nicht beschädigt wird. Die Verlegung darf nur durch geschultes Fachpersonal erfolgen. Die Paneele müssen auf einem ebenen Untergrund verlegt werden und dürfen keinen mechanischen Punktlasten ausgesetzt werden. Während der Verarbeitung ist auf ein strenges Rauchverbot zu achten. Die Paneele müssen in für den Einbau in den exakt erforderlichen Dimensionen geliefert werden. Ein Zuschneiden auf der Baustelle ist nicht möglich. Eine korrekte Verlegung der Platten besteht idealerweise aus zwei Schichten, wobei die Fugen versetzt übereinander zu liegen kommen. Dadurch können Wärmebrücken welche bei einer einlagigen Verlegung an den Plattenstößen auftreten, vermieden werden. Bei einer Anwendung als Innendämmung müssen die Fugen zwischen den Plattenstößen dampfdicht abgeklebt werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass feuchte Innenraumluft hinter der Dämmung an der kalten Außenwand kondensiert. | |
Arbeitshygienische RisikenAllgemeinesBei der Verarbeitung von Aerogel in Vliesen/Platten oder Einblasgranulat kann es zu Staubemissionen kommen, welche zu Haut-, Augen- und Atemwegsreizungen führen können. Bei der Verarbeitung wird deshalb gemäß Sicherheitsdatenblatt das Tragen von Schutzbrille, Einweganzug, Handschuhen und Atemschutzmaske (FFP3) empfohlen. Bei der Verarbeitung im Innenraum sollte der Staub regelmäßig mit einem Industriestaubsauger entfernt werden. Bei den Verbundelementen ist das Aerogel in doppelschaligen Elementen aus Polycarbonat eingeschlossen. Da die Verbundelemente auf der Baustelle nicht durch Bohren oder Schneiden verarbeitet werden können und mittels Schrauben, Kleber oder Klemmen befestigt werden, gehen in diesem Fall bei der Verarbeitung keine arbeitshygienischen Risiken vom Aerogel aus. Für die Verarbeitung von Vakuum-Isolations-Paneele bestehen keine arbeitshygienische Risiken. AGW-WerteFür amorphes Silica beträgt der Grenzwert gemäß TRGS 900 für den inhalierbaren Anteil der Staubkonzentration in der Luft 4 mg/m3. REACH / CLPReferenz | |
HochleistungsdämmstoffeNutzung |
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Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer NutzungSchadstoffabgabe / Emissionen in den InnenraumAeorogel und pyrogene Kieselsäure enthalten keine flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Da bei der Anwendung als Dämmstoffe diese Materialien nicht in Kontakt mit der Innenraumluft sind, können Emissionen von Stäuben aus amorpher Kieselsäure in die Umgebungsluft mit höchster Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Emissionen von Vliesen mit Aerogel wurden nur während der Verarbeitung untersucht. In den Stäuben dieser Produkte konnten keine Nanopartikel nachgewiesen werden. Beim Aerogel handelt es sich um ein nanostrukturiertes Material, das keine Nanopartikel enthält. Ohne das Einwirken einer starken mechanischen Beanspruchung dürfte es unwahrscheinlich sein, dass während der Nutzungsphase Stäube vom Vlies abgelöst werden und in die Umgebungsluft gelangen. Bei Vakuum-Isolations-Paneelen ist der Stützkörper aus pyrogener Kieselsäure in eine gasdichte Barrierefolie eingeschlossen. Deshalb sind während der Nutzungsphase, sofern die Paneele nicht beschädigt werden, keine Emissionen aus dem Stützkörper möglich. Schadstoffabgabe / Emissionen in den AußenraumWährend der Nutzung von Dämmstoffen mit Aerogel oder pyrogener Kieselsäure sind keine umweltrelevanten Emissionen zu erwarten. | |
Umwelt- und Gesundheitsrisiken im SchadensfallBrandfallAerogel Vliese/Platten sind gemäß EN 13501-1 als C-s1, d0 (schwerentflammbar, kaum Rauchgasentwicklung, kein Abtropfen) klassiert. Aerogel Granulant ist ebenfalls als schwerentflammbar eingestuft. Die Schalen der Verbundelemente sind aus Polycarbonat und in der Regel nicht brandschutzausgerüstet. Es bilden sich deshalb bei einem Brand keine giftigen Gase. Dasselbe gilt für Vliese aus Polyester–Glasfaser. Vakuum-Isolations-Paneele gelten nach DIN 4102 als normalentflammbar und sind nicht abtropfend. Aufgrund der Zusammensetzung der Barrierefolie entstehen bei einem Brand keine giftigen Gase. WassereinwirkungAufgrund der Zusammensetzung der Dämmstoffe sind bei Wassereinwirkung keine umeltrelevanten Emissionen zu erwarten. Aerogel wird während der Herstellung hydrophobiert. Es ist allerdings unklar wie lange diese wasserabweisende Eingenschaft erhalten bleibt. Sobald Wasser in Poren des Aerogels eindringt geht die wärmedämmenden Eigenschaften verloren. Der Stützkörper von Vkauum-Isolations-Paneelen ist durch die Barrierefolie vor der Einwirkung von Wasser und Feuchtigkeit größtenteils geschützt. Allerdings ist die Folie nicht komplett gasdicht. Durch die Alterung erhöht sich die Feuchtigkeit im Stützkörper, wodurch sich die Wärmeleitfähigkeit des VIP über die Nutzungsdauer um ca. 0,002 W/(m*K) erhöht. | |
Beständigkeit NutzungszustandGemäß den Herstellerangaben ist Aerogel aufgrund seiner hydrophoben Oberflächeneigenschaften permanent feuchtigkeitsbeständig. Ebenso zeigt Aerogel eine gute UV-Beständigkeit, was insbesondere bei seiner Anwendung in transluzenten Verbundelementen wichtig ist. Da es sich um eine neue Technologie handelt, gibt es jedoch noch keine Langzeiterfahrungswerte zum Alterungsverhalten von Aeorogel und den entsprechenden Dämmstoffprodukten. Anhand von chemisch und physikalisch bedingten Alterungsprozessen und je nach Anwendungsbereich kann nicht ausgeschlossen werden, dass die hydrophoben Eingenschaften des Materials über die Zeit abnehmen. Dadurch würde die hohe Dämmleistung des Materials mit der Alterung beeinträchtigt. Für Vakuum-Isolations-Paneelen wurde das Alterungsverhalten in mehreren Studien untersucht. Es ist davon auszugehen, dass sich während der Nutzungsdauer die Wärmleitfähigkeit erhöht, da die Barrierrefolie nicht komplett gasdicht ist. Dadurch erhöht sich der Luftdruck und die Feuchtigkeit im Paneel. Über eine Dauer von 25 Jahren ist ca. mit einer Erhöhung des Luftdrucks von 50 mbar und einer Feuchtigkeitszunahme im Stützkörper auf 4 Massen-% zu rechnen. Dies erhöht die Wärmeleitfähigkeit der Paneele um ca. 0,004 W/(m*K). Demzufolge ist davon auszugehen, dass nach etwa 25 Jahren die Wärmeleitfähigkeit der Paneele bei etwa 0,008 – 0,011 W/(m*K) liegt. Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“. | |
QuellenErgebnis human-toxikologische Sicherheitsbewertung und stoffliche Beurteilung von von Spaceloft und Pyrogel XT Dämmmatten, Firma NanoCASE, abgerufen am 24. 10.2017 → Download AGITEC Spaceloft, Gesundheitsaspekte, abgerufen am 24.10.2017 CABOT, Sicherheitsdatenblatt, Aerogel Particles, 30.03.2011 Aspen Aerogels, SICHERHEITSDATENBLATT, Spaceloft®, Überarbeitungsdatum: 04.03.2009 Institut Bauen und Umwelt e.V. (IBU), Umweltproduktdeklartionen für Vakuum-Isolations-Paneele, www.bau-umwelt.com Erb M. et al., Vacuum Insulation, Panel Properties and Building Applications, High Performance Thermal Insulation, IEA/ECBCS Annex 39, December 2005 |
HochleistungsdämmstoffeNachnutzung |
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Wiederverwendung / Wiederverwertung / BeseitigungBei Dämmstoffen mit Aerogel und pyrogener Kieselsäure handelt es sich um neue Entwicklungen. Bezüglich Rückbau und Wiederverwertung dieser Materialien fehlt es noch an Erfahrung. | ||||||||||
Umwelt- und Gesundheitsrisiko RückbauBeim Rückbau von Aerogel-Dämmstoffen ist auf ausreichenden Atem- und Hautschutz zu achten (s. Verarbeitung) und jegliche Freisetzung von Stäuben ist zu vermeiden. Der Rückbau von Vakuum-Isolations-Paneelen sollte möglichst zerstörungsfrei erfolgen d.h die Barrierefolie sollte intakt bleiben, um die Freisetzung von Stäuben des Stützkörpers zu verhindern. Sofern eine zerstörungsfreie Demontage der Paneele nicht möglich ist, sind die gleichen Arbeitsschutzmaßnahmen notwendig wie bei der Verarbeitung von Aerogel. | ||||||||||
WiederverwendungBei sortenreinem und sicherem Ausbau ist eine Wiederverwendung als Dämmstoff theoretisch möglich. Der Rückbauaufwand kann jedoch durch erforderliche Arbeitsschutzmaßnahmen aufgrund von einer möglichen Staubentwicklung erhöht sein. | ||||||||||
Stoffliche VerwertungAls Basis für neue Dämmstoffe werden sich gebrauchte Aerogele kaum eignen, weil dazu aufwendige Aufbereitungsverfahren erforderlich wären. Die Stützkörper von VIP können theoretisch durch Aufmahlung und thermische Behandlung zur Herstellung neuer Stützkörper verwendet werden. | ||||||||||
Energetische VerwertungEine energetische Verwertung von Dämmstoffen aus amorpher Kieselsäure ist nicht möglich (Heizwert: 0 MJ/kg). | ||||||||||
Beseitigung / Verhalten auf der DeponieÜber das Verhalten auf der Deponie sind keine Untersuchungen verfügbar. Da amorphe Kieselsäure keine organische Bestandteile enthält kann sie grundsätzlich auf Deponien entsorgt werden. Vliese/Matten mit Aerogel müssen aufgrund des organischen Anteils in einer Verbrennungsanlage beseitigt werden. Die Folie von Vakuum-Isolations-Paneele muss vor der Beseitigung in der Deponie vom Stützkörper abgelöst werden und in einer Verbrennungsanlage entsorgt werden. Je nach Produkt kann der Stützkörper bis zu 12 Massen-% organische Fasern enthalten. Demzufolge kann für eine Ablagerung auf Deponien der Klasse I oder II eine thermische Vorbehandlung des Abfalls erforderlich sein. | ||||||||||
EAK-Abfallschlüssel
siehe auch Lexikon / Abfallschlüssel | ||||||||||