Vakuumdämmung - die schlanke, innovative Hochleistungsdämmung

Das Prinzip der Wärmeisolierung lernen bereits Kinder anhand von Thermoskannen kennen. Technisch gesehen handelt es sich dabei um eine Vakuumdämmung ohne Stützkern. Die Isolationswirkung der Kanne beruht auf einem zweiwandigen Behälter, der Druck im Vakuum zwischen seinen Wänden beträgt ein Millionstel des normalen atmosphärischen Luftdrucks, dessen Mittelwert sich auf Meereshöhe auf etwa 1 bar beläuft. Vakuumdämmelemente wirken auf die gleiche Art und Weise, verfügen in ihrem Inneren jedoch über einen porösen Stützkern und erfordern deshalb deutlich geringere Gasdruckreduktionen.

Tabelle 1: Wärmeleitfähigkeit von Vakuumdämmungen und konventionellen Dämmstoffen

Vakuumdämmungen – extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit, maximale Dämmungsleistung

Unter der gasundurchlässigen Hülle von Vakuumdämmelementen befindet sich ein poröser Stützkern aus mineralischem oder synthetischem Material. Seine Aufgabe besteht darin, den Luftdruck aufzunehmen und die freie Weglänge der Gasteilchen zu begrenzen. Die Poren eines solchen Stützkerns sind nur einige 100 Nanometer (nm) groß, der Druck in einem solchen Dämmpaneel beläuft sich auf ein Hundertstel des atmosphärischen Luftdrucks. Durch ihr Wirkprinzip – das Absenken des Gasdrucks – reduzieren Vakuumdämmungen die Wärmeleitung durch die Luft auf ein absolutes Minimum. Hierdurch lassen sich eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und sehr geringe Dämmstoffdicken realisieren.

Formen der Vakuumdämmung

Noch vor wenigen Jahren befanden sich Vakuumdämmungen in der wissenschaftlichen Erprobungsphase. Inzwischen sind zwei verschiedene Formen von Vakuumdämmungen auf dem Markt:

• Vakuumisolationspaneele (VIP): Vakuumisolationspaneele können bei gleichem Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) fünf bis zehn Mal dünner sein als ein beliebiger herkömmlicher Dämmstoff. Die ersten VIP-Prototypen wurden bereits seit Mitte der 1990er Jahre in Bauprojekten eingesetzt. In der Forschung stehen heute Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung sowie die weitere Verbesserung und die Kommerzialisierung entsprechender Technologien im Fokus. Die Wärmeleitfähigkeit (?) von VIPs liegt im Bereich von 0,002 bis 0,008 W/(mK).
• Vakuumisolierglas (VIG): VIGs sind Doppelverglasungen, bei denen das Prinzip der Thermoskanne für die Wärmedämmung von Fensterflächen zum Einsatz kommt. Im Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben befindet sich ein Vakuum. Hieraus ergibt sich ein sehr schlanker Systemaufbau mit Dicken von weniger als 10 mm. Der U-Wert von VIGs beträgt 0,5 W/(m2K). Zum Vergleich: Die bisher gebräuchlichen Scheibenverglasungen in Passivhäusern sind – bei einem U-Wert von 0,6 bis 0,7 W/(m2K) – 28 bis 44 mm dick. Die industrielle Fertigung von VIGs steht bisher noch weitgehend am Anfang.

Normung und Zulassung von Vakuumdämmungen

Für Vakuumdämmungen gibt es bisher keine allgemein anerkannten technischen Regeln oder Normen. Für ihre Anwendung ist sind daher eine bauaufsichtliche Einzelfallzulassung erforderlich.

Hersteller von Vakuumdämmungen

Vakuumdämmungen werden bisher nur von wenigen Herstellern angeboten.
In Deutschland sind dies beispielsweise die Firmen va-Q-tec, Isover, Porextherm, Variotec und Vacu-Isotherm. Vakuumisolierglas wird bisher vor allem von einigen asiatischen Herstellern angeboten.
Auf dem deutschen Markt sind unter anderem die VIG-Systeme des dänischen Unternehmens Velux sowie der Markenkreis Flachglas GmbH im Handel.

Einbauvarianten von Vakuumdämmungen

Herkömmliche Dämmstoffe werden in der Regel in Form von Standardmaterialien eingekauft und vor Ort zugeschnitten. Bei der Verwendung von Vakuumisolationspaneelen muss bereits in der Planungsphase entschieden werden, ob auf Standardelemente zurückgegriffen werden kann oder ob für das Gebäude eine Maßanfertigung der Dämmelemente nötig ist. Standardmäßig werden die VIPs in drei unterschiedlichen Formaten angeboten-

Ungeschützte/unkaschierte VIPs

Die ersten Vakuumisolationspaneele auf dem Markt verfügten über keinen speziellen Oberflächenschutz. In der Baupraxis spielen sie auch heute eine relevante Rolle. Vorteile dieser Variante sind die besonders schlanke Form sowie der in der Regel unkomplizierte Austausch defekter VIPs.

Kaschierte VIPs

Kaschierungen erhöhen die Robustheit der Paneele und passen sie besser an bestimmte Anwendungsbereiche an. Die Kaschierung erfolgt beidseitig. Als Materialien kommen oft dünn verlegte konventionelle Dämmstoffe bzw. Wärmedämmungsverbundsysteme (WDVS) zum Einsatz. Bei Innendämmungen und Fußbodendämmungen können die raumseitige Wandverkleidung oder eine zusätzliche Trittschalldämmung gleichzeitig Kaschierungsfunktionen übernehmen.

In Bauteile integrierte VIPs

In Bauteile integrierte Vakuumisolationspaneele sind als Betonfertigteile, Sandwichpaneele oder Isolierglas-Bauelemente erhältlich. Daneben gibt es Einzelbauteile – beispielsweise Fenster, Türen und Rolladenkästen mit integrierter Vakuumdämmung. Ein klassischer Einsatzbereich für solche Vakuumdämmelemente sind Vorhangfassaden (“curtain walls”) – opake (lichtundurchlässige) und transparente Komponenten werden dabei in einem einheitlichen Montagesystem kombiniert. Das Vakuum ist bei diesen Bauteilen nachträglich nicht mehr kontrollierbar, da ein freier Zugang zu den Paneelen nach der Montage nicht gegeben ist.

Einsatzbereiche für Vakuumdämmungen

Mit Ausnahme von Perimeterdämmungen können Vakuumdämmungen in allen Gebäudebereichen und für alle Dämmungsarten zum Einsatz kommen. Sie sind sowohl für Neubauten als auch für Altbausanierungen geeignet. Die Gebäude erfüllen damit den Standard eines Niedrigenergie- oder Passivhauses. Gegebenenfalls kann eine Vakuumdämmung herkömmliche Dämmungen in besonderen Problemzonen des Gebäudes ergänzen.

Materialanforderungen einer Vakuumdämmung

Vakuumisolationspaneele erzielen ihre Dämmungsleistung nicht durch die Stärke und Beschaffenheit des Materials, sondern durch eine weitere Reduktion der Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs mittels Vakuum. Werkstoffe, die als Kern von Vakuumdämmungen in Frage kommen, müssen einige grundsätzliche Anforderungen erfüllen:

• Evakuierbarkeit: Damit die Erzeugung eines Vakuums möglich ist, muss das Material über eine komplett offene Struktur verfügen.
• Möglichst geringe Gesamtwärmeleitfähigkeit
• Dichte: Das Füllmaterial von VIPs muss in der Lage sein, die mechanischen Druckkräfte der Konstruktion zu tragen. Bei gleicher Materialart erfordert dies eine im Vergleich zu konventionellen, nicht evakuierten Dämmstoffen eine höhere Dichte.

Qualität des Vakuums

Die Qualität des Vakuums – der Grad der Absenkung des Gasdrucks im Paneel – hängt von der Porengröße der Materialien ab. Feinere Poren stellen geringere Anforderungen an die Vakuumqualität. Je nach Material wird der Gasdruck auf Werte zwischen 0,1 und 20 mbar reduziert – der jeweilige Vakuumdruck muss während der gesamten Nutzung der Paneele aufrechterhalten werden können. Daraus ergeben sich jeweils spezifische Anforderungen an die Dichtigkeit der Hülle der Paneele.

Kernmaterialien

Als Materialien für den Kern von Vakuumisolationspaneelen kommen offenporige Polymer-Schäume (spezielle Polystyrole), Glasfasern, Aerogele sowie pyrogenen Kieselsäure in Form von Schüttungen oder Presslingen in Frage. Bei Schäumen und Glasfasern muss der Vakuumdruck weniger als 1 mbar betragen, bei besonders feinteiligen Aerogelen oder pyrogenen Kieselsäuren (Sauerstoffsäuren des Siliziums) reicht für die weitgehende Unterdrückung der Wärmeleitung bereits ein Gasdruck zwischen 10 und 50 mbar.

Materialauswahl: In der Baupraxis sehr oft pyrogene Kieselsäuren

Die Materialauswahl für Vakuumisolierpaneele richtet sich nach dem Anwendungszweck sowie den physikalischen Eigenschaften der Umhüllung. Generell sind die Paneele relativ empfindlich – bei Beschädigungen wird das Vakuum zerstört. Pyrogene Kieselsäuren werden deshalb besonders häufig als Vakuumdämmstoff eingesetzt. Selbst bei einem Komplettversagen der Vakuumdämmung erreichen sie nur eine Wärmeleitfähigkeit von 0,018 bis 0,2 W/(mK) und dämmen damit etwa doppelt so gut wie ein konventioneller Dämmstoff. Hinzu kommen weitere positive Eigenschaften von Kieselsäuren als Bau- und Dämmstoff: Sie sind nicht brennbar, gut recycelbar, toxikologisch unbedenklich und verfügen über eine hohe Absorptionsfähigkeit für Wasserdampf, der auch bei VIPs in geringen Mengen durch die Hülle diffundiert. Durch ihre Materialeigenschaften als nanostrukturiertes Pulver lassen sie sich zudem besonders gut zu Platten pressen.

Hüllenmaterialien

Die wichtigsten Anforderungen an die Materialien für die Umhüllung von Vakuumisolationspaneelen bestehen in Gasdichtigkeit und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Der Grad ihrer Dampfdichtigkeit hat Einfluss auf die Lebensdauer der Paneele und ist außerdem aus konstruktiven Gründen wichtig, da diese Form der Wärmedämmung auch die Funktion einer Dampfbremse erfüllt. Zudem sollte die Hülle robust genug sein, um mechanische Beanspruchungen zu verkraften. Die erforderliche Gasdichtigkeit wird in der Kombination mit Kernmaterialien wie Schäumen oder Fasern nur von Aluminium, Edelstahl und Glas erbracht. In der Praxis bestehen die Hüllen der VIPs meist aus Aluminiumverbundfolien, Edelstahlfolien oder -Blechen sowie aus mehrfach aluminiumbedampften, mehrlagig aufgebrachten Kunststoff-Hochbarrierelaminaten. Die Umhüllung der Paneele ist nicht mit robustheitsfördernden Kaschierungen identisch.

Brandschutzeigenschaften

Unkaschierte Vakuumisolationspaneele werden grundsätzlich als B2-Baustoffe und damit als normal brennbar/entflammbar eingestuft, in der Gebäudehülle dürfen sie daher nur bis zu einer Höhe von sieben Metern verwendet werden. Entsprechende Kaschierungen ermöglichen eine Klassifikation als nicht oder schwer entflammbar (Baustoffklassen A1, A2, B1) und damit einen unbeschränkten Einsatz.

Lebensdauer von Vakuumdämmungen

Vakuumdämmelemente altern, da eindringende Gase im Lauf der Zeit ihre Wärmeleitfähigkeit erhöhen. In welchem Maße die Barrierewirkung der Hülle sowie der Siegelnähte gegenüber Wasserdampf und Gasen abnimmt, hängt von den jeweiligen Umgebungsbedingungen – insbesondere der Temperaturbeanspruchung der Paneele – ab. Mehrjährige Laborversuche und Simulationen weisen eine uneingeschränkte Dämmungsleistung über mindestens 25 Jahre aus.

Tabelle 2: m2-Kosten für eine Vakuumdämmung und konventionelle Wärmedämmstoffe

Kosten einer Vakuumdämmung

Im Vergleich zu herkömmlichen Dämmstoffen verursacht eine Vakuumdämmung deutlich höhere Kosten. Bauherren, die ein Niedrigenergie- oder Passivhaus dämmen wollen, können von dieser Dämmungsart trotzdem profitieren – positiv wirken sich hier unter anderem die technologische Überlegenheit des Verfahrens, niedrige Energiekosten sowie der Zugewinn an Nutzfläche des Gebäudes aus. Eine Vakuumdämmung kann unter Einrechnung dieser Faktoren wirtschaftlicher sein als eine konventionelle Wärmedämmung. Der Preis von Vakuumdämmstoffen richtet sich nach den Materialien des Dämmkerns und der Hülle, Maßanfertigungen verursachen natürlich Extrakosten. Die untere Preisgrenze für eine Vakuumdämmung liegt bei etwa 225 EUR pro m2. Spezialanfertigungen können pro m2 jedoch auch deutlich mehr als 1.000 EUR kosten.

Öffentliche Förderung

Durch einen Bauzuschuss oder einen zinsgünstigen Kredit der KfW können Dämmmaßnahmen immer dann gefördert werden, wenn hierdurch die Mindestvorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2014 – also der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von 0,24 W/(m2K) – unterschritten wird. Mit einer Vakuumdämmung sind die Voraussetzungen für die Förderung automatisch gegeben, sofern Art und Effizienz der Dämmung durch das Gutachten eines professionellen Energieberaters bestätigt werden.