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Begriffsdefinition

Unter 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:

  • Dämmmatten und Dämmplatten mit Aerogelen auf Polyester–Glasfaser als Trägermaterial
  • Verbundplatten aus Gipswerkstoffen, Mineralwolle und Aerogel
  • Doppelschalige Verbundelemente aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen gefüllt mit Aerogelen
  • Granulat als Einblasdämmstoff
  • Wärmedämmputze

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 Bestandteile

Bei 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.

Charakteristik

Die 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.
Aerogele bestehen aus transluzenten Partikeln und können deshalb in lichtdurchlässigen Verbundelementen eingesetzt werden. Sie weisen eine sehr hohe Porosität von über 90% auf.

Nachfolgende Tabelle zeigt einige der charakteristischen Merkmale von Silica–Aerogelen und pyrogener Kieselsäure:

 
Eigenschaften
 
 
Aerogel (Fällungskieselsäure)
 
Pyrogene Kieselsäure
 
Aggregat- bzw. Agglomeratgröße
 
 
1 – 40 µm
 
 
0.1 – 100 µm
 
 
Porendurchmesser
 
 
2 – 50 nm
 
 
2 – 70 nm
 
 
Porosität
 
 
>90 %
 
 
>90%
 
 
Dichte
 
 
200 kg/m3
 
 
160 – 210 kg/m3
 
 
Oberflächenchemie
 
 
Hydrophob
 
 
Hydrophil
 
 
Wärmeleitfähigkeit
 
 
0,018 W/mK
 
loses Aerogelgranulat
 
 
0,020 W/mK (bei atm. Druck)
 
0,004 – 0,007 W/mK in VIP
 
 
Lichttransimission
 
 
80% pro cm Aerogel
 
 
nicht vorhanden
 

Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Sofern 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.
Bei der Verarbeitung 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. Bei der Verarbeitung von VIP sind keine Staubemissionen von pyrogener Kieselsäure möglich, da das Kernmaterial bei der Produktion in eine Folie eingeschweißt wird.

Lieferzustand

Aerogele

  • Verbundelemente aus glasfaserversterkten Polyesterharzen unterschiedlicher Dimensionen (bis zu 8 m x 2,4 m)
  • Vliese in Rollen von ca. 1,4 – 1,5 m Breite und 5 – 10 mm Dicke
  • Dämmplatten von ca. 10 – 40 mm Dicke
  • Verbundplatten aus Mineralwolle und Gipswerkstoffen von ca. 20 – 50 mm Dicke
  • Granulat in Big Bags zu 120 kg

Vakuum-Isolations-Paneele

  • Größen: 250x250 mm bis 1200x1000 mm
  • Dicken: 10 – 50 mm

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.

   
Aerogel Anwendungen
 
Pyrogene Kieselsäure
 
 
 
 
Verbundelemente mit glasfaser-
verstärktem Kunststoff
 
 
Vlies/Matte
 
 
Verbundplatten mit Mineralwolle und Gipswerkstoffen
 
 
Granulat
 
 VIP
 
λ-Wert [W/mK]
 
 
0,022
 
 
0,014 – 0.017
 
 0,019  
0,018 – 0,021
 
0,004 – 0,007
 
Lieferdicken [mm]
 
 
20, 30, 50
 
 
5, 10, 20, 30
 
 20, 30, 50  
loses Granulat, Korngröße
0,5 – 4 mm
 
 10 – 50 mm
 
ρ-Dichte [kg/m3]
 
 
-
 
 
150
 
 -  
85 – 95 (Schüttdichte)
 
 160 – 210
 
g-Wert
 
 
ca. 25% je nach Elementstärke
 
 
-
 
 -  
-
 
 -
 
Temperatur-
beständig­keit
 
 
-40°C bis +120°C
 
 
-200°C bis +200°C
 
 -  
 -
 
 bis 90°C
 
Wasserdampf–  Diffusions-
widerstand
 
 
-
 
 
11
 
 -  
2 bis 3
 
 dicht
 
Baustoffklasse
(EN Klasse)
 
 
C
 
 
C
 
B  
B
 
 E
 
Verarbeitung
 
 
Elemente ab Werk, zuschneiden, bohren auf der Baustelle nicht möglich
 
 
Verarbeitung wie her­kömmliche Dämm­matten
 
Verarbeitung wie her­kömmliche Dämm­platten  
Einblasen
 

Kein Zuschneiden auf der Baustelle.

Die Verarbeitung erfordert viel Sorgfalt, da die Barrierefolie nicht beschädigt werden darf.

 
Anwendungs-
bereiche
 
 
Lichtdurchlässige Dächer und Fassaden
 
 
Innen- und Außenwände, Fensterbank, Fensterleibung, Fenstersturz, Rollladenkasten, Radiatorennische, Flachdach, Terrassen, Fußbodendämmung,
 
Holzelementbau, Gebäudetechnik
 
 Innenwände oder Untersparren-
dämmung
 
Kerndämmung von doppelschaligem Außenmauerwerk, Dämmung hinter Klinkerfassaden
 
Dächer, Terrassen, Boden, Innenwand, Fenster (Sturz, Laibungen)

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

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Risikobetrachtung Lebenszyklusphasen

 

 

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Planungs- und Ausschreibungshilfen

 

 

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Referenz

Referenz

Referenz

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Umweltdeklarationen

 

 

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Referenz

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Bewertungssystem

 

 

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Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)

Referenz

BNB-Kriterium BN_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Neubau)

Referenz

BNB-Kriterium BK_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Komplettmodernisierung)

Referenz

Referenz

BNB-Kriterium BN_3.1.3 - Innenraumhygiene

Referenz

Referenz

BNB-Kriterium BN_4.1.4 - Rückbau, Trennung, Verwertung

Referenz

Referenz

Quellen

Referenz

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Technisches

 

 

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Technische Daten

Folgende Tabelle zeigt die wichtigsten technischen Eigenschaften der unterschiedlichen Dämmstoffe mit Aerogelen in Abhängigkeit von ihrer Anwendung.

 
 
 
 
Verbundelemente
 
 
Vlies
 
 
Verbundplatten
 
 
Granulat
 
 
λ-Wert [W/mK]
 
 
0,0219
 
 
0,014 – 0.017
 
 
0,019
 
 
0,018 – 0,021
 
 
Lieferdicken [mm]
 
 
20, 30, 50
 
 
5, 10
 
 
20, 30, 50
 
 
loses Granulat, Korngröße
0,5 – 4 mm
 
 
ρ-Dichte [kg/m3]
 
 
-
 
 
150
 
-  
85 – 95 (Schüttdichte)
 
 
g-Wert
 
 
ca. 25% je nach Elementstärke
 
 
-
 
-  
-
 
 
Schalldämmung
 
 
ca. 27 – 30 dB
 
 
-
 
-  
-
 
 
Temperaturbeständig­keit
 
 
-40°C bis +120°C
 
 
-200°C bis +200°C
 
-  
-
 
 
Wasserdampf–  Diffusionswiderstand
 
 
-
 
 
11
 
-  
2 bis 3
 
 
Baustoffklasse
(EN Klasse)
 
 
C
 
 
C
 
 
B
 
 
B
 
 
Verarbeitung
 
 
Elemente ab Werk, zuschneiden, bohren auf der Baustelle nicht möglich
 
 
Verarbeitung wie her­kömmliche Dämm­matten
 
 
Verarbeitung wie her­kömmliche Dämm­matten
 
 
Einblasen
 
 
Anwendungsbereiche
 
 
Lichtdurchlässige Dächer und Fassaden
 
 
Innen- und Außenwände, Fensterbank, Fensterleibung, Fenstersturz, Rollladenkasten, Radiatorennische, Flachdach, Terrassen, Fußbodendämmung,
 
Holzelementbau, Gebäudetechnik
 
 
Innenwände, Untersparrendämmung
 
 
Kerndämmung von doppelschaligem Außenmauerwerk, Dämmung hinter Klinkerfassaden
 

Referenz

Quellen

Produktdatenblätter von diversen Herstellern

Eigene Daten büro für umweltchemie

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Literaturtipps

 

 

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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

 
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Rohstoffe / Ausgangsstoffe

 

 

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Hauptbestandteile

Aerogel 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:

 

 
Bestandteile Aerogel Vlies
 
 
Massen-%
 
 
Methylsiliertes Silica
 
 
40 – 50
 
 
Polyethylenterephtalat (PET)
 
 
10 – 20
 
 
Glasfaser
 
 
10 – 20
 
 
Magnesiumhydroxid
 
 
0 – 5
 

 

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:

 

 
Bestandteile VIP
 
 
Massen-%
 
 
Pyrogene Kieselsäure
 
 
50-90%
 
 
Siliziumcarbid
 
 
10-20%
 
 
Viskosefasern oder Zellulosefasern
 
 
5-10%
 
 
Polypropylen Spinnvlies
 
 
 
 
Kunststoff-Metallverbundfolie
 

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Die Ausgangsstoffe zur Herstellung von Aerogel oder pyrogener Kieselsäure sind allesamt synthetischer Natur.

Quellen

Sicherheitsdatenblatt 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

 
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Herstellung

 

 

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Prozesskette

Herstellung Kieselsäure

Herstellungsprozess

Die 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 / Herstellung

Referenz

Energieaufwand

Aerogel-Vlies

Gemäss 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.

VIP

Gemäss 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.

Quellen

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

 
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Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

Die 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 Risiken

Allgemeines

Bei 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-Werte

Für amorphes Silica beträgt der Grenzwert gemäß TRGS 900 für den inhalierbaren Anteil der Staubkonzentration in der Luft 4 mg/m3.

REACH / CLP

Referenz

 
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Nutzung

 

 

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Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Aeorogel 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 Außenraum

Während der Nutzung von Dämmstoffen mit Aerogel oder pyrogener Kieselsäure sind keine umweltrelevanten Emissionen zu erwarten.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Aerogel 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.

Wassereinwirkung

Aufgrund 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 Nutzungszustand

Gemäß 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“.

Datenbank als PDF

Quellen

Ergebnis 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

 
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Nachnutzung

 

 

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Wiederverwendung / Wiederverwertung / Beseitigung

Bei 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 Rückbau

Beim 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.

Wiederverwendung

Bei 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 Verwertung

Als 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 Verwertung

Eine energetische Verwertung von Dämmstoffen aus amorpher Kieselsäure ist nicht möglich (Heizwert: 0 MJ/kg).

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Über 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

 Aerogel
17 06 04 Dämmmaterial mit Ausnahme desjenigen, das unter 17 06 01 und 17 06 03 fällt.
 Vakuum-Isolations-Paneele
150 102 Verpackungen aus Kuststoff (Barrierefolie)
17 09 04 gemischte Bau- und Abbruchabfälle

siehe auch Lexikon / Abfallschlüssel