Gemeinschaftlicher Neubau von Passivhäusern in Berlin-Adlershof
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Vakuum-Isolationspaneele (VIP) und Vakuumdämmung

Vakuum-Isolationspaneele (VIP) sind Hochleistungswärmedämmplatten, welche bei minimaler Dicke eine extrem hohe Wärmedämmung bieten. Durch das Vakuum im Inneren der Paneele, wird der Wärmeverlust über die Luft verhindert. Bei gleichem Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) weist ein VIP damit eine 5- bis 10-fach geringere Dicke auf als herkömmliche am Bau eingesetzte Dämmmaterialien wie z.B. Polystyrol, Polyurethan, Glas- oder Mineralwolle.Herkömmliche Dämmstoffe haben im Vergleich zu VIP den Nachteil großer Schichtdicken. VIP haben eine deutlich geringere Stärke bei besseren Dämmeigenschaften.Das Grundgerüst für die hocheffiziente Isolierwirkung der Vakuum-Isolationspaneele bildet eine hochdisperse Kieselsäure.  Zwischen den kugelförmigen nanoporösen Primärpartikeln bilden sich nur punktförmige Übergänge. Somit wird Wärmeleitung durch möglichen Festkörperkontakt weitgehend reduziert. Die entstandenen Nanoporen minimieren außerdem die Wärmeübertragung durch Konvektion. Speziell entwickelte Infrarot-Trübungsmittel reduzieren zusätzlich Wärmetransportprozesse durch Absorption und Reflektion der Strahlung. Die Evakuierung des Werkstoffes unterbindet die Wärmeübertragung durch Konvektion vollständig. Dabei werden die Isolationspaneele in mehrlagige Barriere-Folien unter Vakuum in einem speziell patentierten Verfahren verschweißt. Derartig gefertigte Vakuum-Isolationspaneele reduzieren die Gesamtwärmeübertragung auf ein Viertel des Ausgangswertes und erzielen somit einen sehr viel höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Isolierwerkstoffe wie Mineralfasern oder anorganische Dämmplatten. Bei gleicher Isolierwirkung können mit VIP Schichtdicken um den Faktor 6 reduziert werden und das Gewicht verringert sich um den Faktor 2 bis 15. (Quelle: Vacu-Isotec KG, Radeberg, 2010)TECHNISCHER HINTERGRUND

Dass der Wärmedämmwert mancher Materialien in einem evakuierten Raum ungewöhnlich stark gesteigert werden kann, ist schon lange bekannt. 

Die Wahl des Isolationsmaterials in Kombination mit der Höhe des verwendeten Vakuums beeinflusst stark den endgültigen Dämmwert eines Vakuum- Isolationspaneels. Um das Prinzip des Vakuum-Isolationspaneels zu verstehen ist eine kurze Betrachtung der Mechanismen, die der Wärmeübertragung zugrunde liegen, notwendig.

1. Wärmeleitung

Bei der Wärmeleitung handelt es sich um die Wärmeübertragung in Feststoffen.
Erwärmt man z.B. einen Metallstab an einem Ende, so wird die Wärme zum anderen Ende weitergeleitet. Ein Wärmetransport kann aber auch in Gasen erfolgen, wenn Moleküle mit höherer Temperatur, d.h. schnellere Moleküle mit kälteren und somit langsameren Molekülen zusammenstoßen. Feststoffe besitzen eine von ihrer Atomstruktur abhängige Eigenleitfähigkeit. So sind z.B. 
die
Metalle gute, Glas und andere Silikatmaterialien hingegen schlechte Wärmeleiter. Kleine Gasmoleküle wie Wasserstoff leiten die Wärme besser, als große Moleküle wie Sauerstoff und Stickstoff.

2. Konvektion

Wärmeübertragung durch Konvektion ist hauptsächlich bekannt bei Flüssigkeiten. Dieser Effekt ist allerdings ebenso bei Gasen zu beobachten.
Durch Wärme angeregte Moleküle geben dabei ihre Energie an kältere, also energieärmere, Moleküle weiter. Bei Gasen wie z.B. der Luft hat dies zur Folge, dass warme Luft nach oben steigt und kalte Luft nach unten sinkt.
Dadurch findet ein Energieaustausch statt. Diesen Mechanismus macht man sich zum Beispiel beim Heißluftballon zunutze.

3. Wärmestrahlung

Bei der Strahlung handelt es sich um Energieübertragung durch elektromagnetische Wellen. Auf diese Weise wird die Erde durch die Sonne erwärmt. Inwieweit ein Körper Strahlung abgeben und aufnehmen kann, hängt von seiner Atomstruktur ab.

Mit der Vakuumtechnik lassen sich alle drei Wärmeübertragungsmechanismen eindämmen. Das beste Beispiel für die Vakuumisolierung ist das üblicherweise als Thermosflasche bezeichnete Dewar-Gefäß, bei dem der Raum zwischen den beiden Wänden eines Zylinders fast vollständig (zu 99,9 %) evakuiert wird.
Da praktisch keine Gasmoleküle mehr vorhanden sind, findet keine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung oder Konvektion statt. Das Ergebnis ist eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit: 0,005 W/mk (R 30) oder noch niedriger. Die Aufrechterhaltung eines solchen Druckgefälles zwischen der
Außen- und der Innenseite des Gefäßes ist jedoch mit mechanischen Schwierigkeiten verbunden. Damit sind der Gestaltung solcher Gefäße und den hierfür geeigneten Materialien Grenzen gesetzt. Dazu kommt noch, dass die Wände des Zylinders absolut gas- und feuchtigkeitsundurchlässig sein müssen, weil schon eine kleine Zahl von Gasmolekülen das Isoliervermögen zunichtemachen würde. (Quelle: Vacu-Isotec KG, Radeberg, 2010)

Die Glashersteller haben das Potential des Vakuums bereits erkannt, und arbeiten an Vakuum-Fenstern: aktuell erreicht man die besten Wärmedämmeigenschaften von Fenstern durch Befüllung der Scheibenzwischenräume mit Edelgasen (z. B. Argon). Vakuum im Scheibenzwischenraum ist technisch bereits realisierbar. Für die Serienfertigung sind aber noch einige Parameter
abzustimmen: die Stabilität der Glasschscheiben, die im wesentlichen durch Abmessung und Stärke bestimmt wird, muß dem Sog des Vakuums standhalten können.

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