Projekt 15613/01

Schlankes Fassadenverbundsystem mit hinterlüftetem Heizkörper und Vakuumisolation

Projektträger

Metallbau Ralf Boetker GmbH
28241 Bremen
Telefon: 0421/57657-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zu dem Einsatz von Vakuumisolationspaneelen (VIP) in der Gebäudetechnik liegen bisher kaum praktische Erfahrungen vor.
Das ZAE Bayern verfügt über die vakuumtechnischen Ausrüstungen mit denen bereits einzelne kleine Muster-Vakuumisolationspaneele hergestellt wurden. Damit wurden etwa 30 m² Vakuumpaneele hergestellt und in die Fassade eines Anbaus an das ZAE Bayern integriert. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass Vakuumisolationstechnologie auch im Gebäudebereich einsetzbar ist.
Projektziel ist die Entwicklung und Erprobung einer Verbundkonstruktion aus einem hinterlüfteten Heizkörper und einem Vakuumisolationspaneel zur Wärmedämmung nach außen. Mit einer schlanken Verbundbauweise sollen Planern, Architekten und Bauherrn neue Gestaltungsmöglichkeiten zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig ist angestrebt, die bestehenden gesetzlichen wärmetechnischen Anforderungen an die Gebäudehülle weit überzuerfüllen.
Wesentlicher Bestandteil des Systems ist das Vakuumisolationspaneel. Nur damit lässt sich die ge-wünschte schlanke Bauweise realisieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem ersten Schritt sollen wirksame und haltbare VIP entwickelt werden. Auf der Basis der mikroporösen Kieselsäure und der Barrierefolien sollen VIP hergestellt werden, die über bauphysikalisch relevante Nutzungsdauern (ca. 30 Jahre) ihre hohe Isolationswirkung aufrecht erhalten. Die schon erreichten Wärmeleitfähigkeiten um 0.004 W/m*K (ca. 10fach bessere Isolationswirkung als konventionelle Dämmstoffe) können durch Optimierung der Kieselsäuremischungen und durch Einsatz spezieller Barrierefolien weiter gesenkt werden.
In einem zweiten Schritt wird die technisch-konstruktive Konzeption des Gesamtsystems Heizpaneel-Verbund angegangen. Dabei wird insbesondere auf den Wärmedurchgang des Gesamtsystems zu achten sein. Außerdem gilt es Verbundtechniken der VIP mit dem Gesamtsystem zu erarbeiten und unterschiedliche Abdeckungsmaterialien der VIP zur Außenseite hin zu erproben. Es sollen Muster-Systeme aufgebaut und getestet werden. Dabei ist das System so auszulegen, dass es leicht in Serie hergestellt werden kann.
Zur Optimierung der VIP und deren Herstellung wird eine Evakuier-Apparatur gebaut werden, die eine Pilotproduktion von VIP im Labormaßstab erlaubt. Hierbei gilt es die optimalen Evakuierzeiten zu ermitteln, die einen ausreichend geringen Gasdruck bei kurzem Produktionszyklus erzielen. Dazu wird direkt nach der Herstellung der VIP der Gasdruck im Inneren gemessen. Wegen des Einsatzes der VIP in der Nähe von Heizkörpern und aufgrund möglicher starker Erwärmung durch solare Einstrahlung ist zu prüfen, welchen Einfluss erhöhte Temperaturen auf die Gasdurchlässigkeit der Umhüllung und damit auf die Lebensdauer der VIP haben. Dazu werden mehrere VIP in Klimaschränken unter Extrembedingungen gelagert und der Gasdruckanstieg ermittelt. Des weiteren werden die Folienschweißnähte auf Dichtheit und Haltbarkeit untersucht werden.
Schließlich ist zu klären, ob die hochdichten Aluminiumverbundfolien, die leider zu thermischen Randverlusten führen, durch metallbedampfte Barrierefolien ohne thermische Randverluste zu ersetzen sind. Zur thermischen Optimierung des Gesamtsystems wird der Wärmedurchgang durch das System simuliert. Dazu werden Finite-Elemente-Rechnungen für verschiedene Konstruktionen durchgeführt. Mit den Ergebnissen dieser Rechnungen wird die Konstruktion des Gesamtsystems festgelegt und ein entsprechender Prototyp gebaut. Auf einem Prüfstand und durch Untersuchungen mittels einer Wärmebildkamera wird der Wärmedurchgang des Prototypen mit den Modellrechnungen verglichen. Daraufhin können Systeme mit verschiedensten Außenbekleidungen hergestellt und in eine Musterfassade integriert werden.


Ergebnisse und Diskussion

Aufgrund der zahlreichen Tests zum Langzeitverhalten der VIP´s mit Umhüllungen aus unterschiedlichen Folientypen in verschiedenen Klimata zeigt sich, dass für das Verbundsystem aus Heizkörper und VIP (HPVS) die Umhüllung aus Aluminiumfolie die zur Zeit beste, weil zur Zeit standsicherste Lösung ist. Voraussetzung dafür ist jedoch unter Berücksichtigung der Untersuchungsergebnisse eine möglichst geringe Umgebungsfeuchte. Diese Bedingung wurde im zweiten Schritt, der technisch-konstruktiven Konzeption berücksichtigt. Daneben wurde auf Grundlage der genauen Erkenntnisse aus den Messungen und Simulationsrechnungen zur Bestimmung des Wärmedurchgangs durch das HPVS der Bereich des Rahmens zur Aufnahme des VIP´s optimiert. Unter Beachtung des technisch machbaren und im Hinblick auf eine Serienproduktion wurde die Konstruktion festgelegt. Diese bietet zwar noch nicht den bestmöglichen Isolationswert, ist aber unter den genannten Randbedingungen ein guter Kompromiss mit der wahrscheinlich größten Standsicherheit.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Um das Projekt und das zukünftige Produkt bekannt zu machen wurden folgende Präsentationen auf Messen (M) und Informationsveranstaltungen (I) durchgeführt:
- Bautec 2000, Berlin, Februar 2000 (M)
- IFH Nürnberg, April 2000 (M)
- SHK Hamburg, November 2000 (M)
- Bau, München, Januar 2001 (M)
- Symposium Bau, Dresden, Februar 2001 (I)


Fazit

Am Ende des Projektes steht ein funktionsfähiges und zum Einsatz in kleineren Stückzahlen geeignetes Produkt mit dafür ausreichenden Erkenntnissen zur Standsicherheit. Es kann unter Berücksichtigung derim Rahmen des Projektes erarbeiteten Risiken und Bedingungen zur Langlebigkeit des integrierten VIPeingesetzt werden. Ohne das Projekt wäre dieses aufgrund der anfänglichen Unsicherheiten und Unbekannten nicht möglich, da das Risiko des Einsatzes für uns und den Anwender nicht abschätzbar war.
Mit dem Projekt entstand ein Produkt, welches durch stark verminderte Wärmeverluste bei k- Werten von bis zu kleiner 0,6 gegenüber herkömmlichen Konstruktionen in der Gebäudehülle im Bereich des Glas-Metall-Fassadenbaus bei gleichzeitig geringerem Platzbedarf sowohl die Umwelt durch verminderten Heizenergiebedarf entlastet als auch wirtschaftlicheres Bauen durch bessere Flächenausnutzung ermöglicht. Das Projekt ist somit insgesamt erfolgreich abgeschlossen worden.