Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSDie Wasserdampfdurchlässigkeit bestimmt die Lebensdauer von Vakuumisolationspaneelen
Ein neuartiger Baustoff zur Baukörperisolierung macht in den letzten Jahren zunehmend auf sich aufmerksam: Vakuumisolationspaneele (VIP). Die Technologie klingt einleuchtend: Das Prinzip der Thermoskanne wird auf die Wärmeisolierung von Häusern übertragen. Der Wärmetransport wird dabei durch ein Vakuum innerhalb eines hochporösen Stützkernmaterials minimiert.
Die Abgrenzung zur umgebenden Atmosphäre wird durch eine Hochbarrierefolie gewährleistet. Diese Barrierefolie verhindert das Eindringen atmosphärischer Gase insbesondere des Wasserdampfes, welcher einerseits den Innendruck des VIP und damit den konvektiven Wärmetransport und andererseits auch die Wärmeleitfähigkeit des Gerüstmaterials aufgrund von (Wasserdampf-) Adsorptionsvorgängen signifikant erhöhen würde. Die nur wenige Zentimeter dicken Vakuumisolationspaneele zeigen eine deutlich bessere Wärmeisolation verglichen mit klassischen Dämmmaterialien, müssen aber ebenso diese geringe Wärmeleitfähigkeit über einen typischen Lebenszyklus von 20 bis 50 Jahren aufrechterhalten.
Die Gewährleistung dieses Anspruches bedarf umfassender Kenntnisse, inwieweit die Wasserdampfdurchlässigkeit der Hüllfolie sowie der Siegelnähte das Langzeit-Dämmvermögen der VIP beeinflussen. Ebenso sind für die Bewertung der Langzeitfunktionstüchtigkeit der VIP die Beeinflussung der Wasserdampfdurchlässigkeit der Hüllfolie bzw. der Siegelnähte durch thermische sowie mechanische Beanspruchungen notwendig. Im Rahmen eines durch das Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) geförderten „Zukunft Bau“ - Forschungsprojektes stellten sich Wissenschaftler des Fraunhofer-Institutes für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden und des Forschungsinstitutes für Wärmeschutz e.V. (FIW) München in enger Kooperation mit einem industriellen Partner aus dem Bereich der VIP-Fertigung, der VARIOTEC GmbH & Co.KG aus Neumarkt diesen – für die weitere Verbreitung der VIP essentiellen - Fragestellungen.
Innerhalb von 2 ½ -Jahren wurde von einer Vielzahl unterschiedlicher Hochbarrierefolien die Wasserdampfdurchlässigkeit gemessen. Um die äußert geringen Wasserdampfdurchlässigkeit von bis zu 0,001 g Wasserdampf pro m2 Folie und pro Tag (g m‑2 d‑1) zuverlässig messen zu können, wurde das durch das IWS entwickelte HiBarSens®-Messsystem eingesetzt. Dabei können geringste Mengen Wasserdampf, die eine Folie durchdrungen haben, mit Hilfe eines Laserstrahls sicher bestimmt werden. Im Extremfall sogar bei Folien, mit bis zu drei Größenordnungen geringeren Wasserdampfdurchlässigkeiten (10‑6 g m‑2 d‑1).
Die Folien wurden unterschiedlichen Alterungs- und Stressprozeduren unterworfen und die resultierende Wasserdampfdurchlässigkeit unter verschiedenen Bedingungen (Temperatur und relative Feuchte) bestimmt. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Folien gegenüber diesen Einflussfaktoren hinreichend robust sind.
Eine Schwachstelle in der VIP-Hülle ist die Siegelnaht. Ein speziell entwickelter Adapter ermöglichte auch hier die Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit mittels der laserbasierten HiBarSens®-Messtechnologie. Bezogen auf eine typische VIP-Größe, konnte durch Siegelnähte eine Erhöhung der Wasserdampfdurchlässigkeit um bis zu 4,4 % bestimmt werden.
Abgerundet wurden die Untersuchungen durch Simulationsrechnungen, die die Erhöhung des VIP-Innendrucks und somit auch der Wärmeleitung über Jahre prognostizieren. Dabei wurde die Wasserdampfdurchlässigkeit der Hüllfolie, deren Temperaturabhängigkeiten sowie – als ein maßgeblicher Parameter – die Wasserdampfadsorption des Kernmaterials berücksichtigt. Es konnte gezeigt werden, dass allein anhand dieser Parameter eine belastbare Prognose der Wärmeleitfähigkeit und somit der Isolierwirkung des VIP erstellt werden kann.
Das erfolgreich abgeschlossene Projekt stellt somit einen wesentlichen Beitrag dar, die Akzeptanz der innovativen VIP-Technologie im Baubereich weiter zu erhöhen.