Für eine nachhaltige Entwicklung im Baubereich müssen Transmissionswärmeverluste in Zukunft weitgehend eliminiert werden. Um platzraubende Dämmschichten zu vermeiden sind Hochleistungsisolationssysteme mit einem wesentlich höheren spezifischen Wärmewiderstand erforderlich.
Wir entwickeln neuartige Hochleistungsdämmsysteme auf der Basis wirtschaftlicher und skalierbarer Technologien, welche weltweit die Standards bezüglich Energieeffizienz von morgen setzen. Wir unterscheiden Grundsätzlich zwei Ausprägungen von Hochisolationssystemen:

• evakuierte Systeme: Vakuumisolationspanele(VIP) und Vakuumisolierglas (VIG). Mit solchen Systemen lassen sich die besten Isolationseigenschaften erreichen. Sie haben andererseits den Nachteil, dass sie mit der Zeit ihre Leistung durch Alterung einbüssen und anfälliger auf mechanische Beschädigung sind.
  
  
• nicht-evakuierte Systeme: Als alternative zur thermischen Dämmung mittels VIP können faserverstärkte Matten auf Aerogelbasis eingesetzt werden. Diese weisen den Vorteil auf, dass sie weniger Anfällig auf mechanische Beschädigung sind sowie keinerlei Alterungseffekte aufweisen.
  

Zudem beschäftigen wir uns mit aktuellen Material- und Technologiefragen in den Bereichen Baustoffe, Materialuntersuchungen, Funktionalisierung und Beschichtung, optische Eigenschaften sowie Feuchte und bieten diverse Prüfungen von Baumaterialien und Komponenten an.

Vakuumisolationsverglasung

VakuumIsolations-VerGlasung (VIG) bezeichnet eine neuartige hochdämmende Art von Verglasung, welche bei deutlich geringerer Dicke erheblich bessere Isolationseigenschaften aufweist. Wie der Name schon sagt, wird der Raum zwischen zwei Scheiben evakuiert, was die Wärmeleitung durch Stösse von Gasmolekülen weitgehend eliminiert. Werden zusätzlich niedrigemittierende Gläser eingesetzt, können im Falle einer Doppelverglasung Wärmedurchgangskoeffizienten von 0.2 - 0.5 W/(m2*K) erreicht werden. Diese Werte liegen einen Faktor 2 -5 unter demjenigen einer heute marktüblichen Hochisolationsverglasung (1.0  W/(m2*K) für Doppelverglasung).

Zurzeit beschäftigen sich weltweit mehrere Forschungsgruppen mit der Entwicklung eines wirtschaftlich sowie technisch ausgereiften Verfahrens zur Massenproduktion von VIG. Die Hauptschwierigkeit ist und bleibt die Entwicklung eines gasdichten Randverbunds. Innerhalb des letzten Jahres haben wir ein neuartiges Verfahren  entwickelt, welches einen dichten Randverbund  erzeugt und allen bisher bekannten Methoden, insbesondere bezüglich Wirtschaftlichkeit überlegen ist. Diese Technologie ist patentrechtlich geschützt und sollte den Grundstein für eine neue Generation von VIG legen.

Vakuumisolationspanele

Durch Teilevakuierung einer mikroporösen Struktur kann der dominierende Wärmetransport durch Gase weitgehend unterdrückt werden. Verglichen mit konventionellen Dämmstoffen  weisen Vakuumisolationspanele (VIP) bei gleicher Dicke einen 5 bis 10 mal höheren spezifischen Wärmewiderstand auf (Lambda = 3…6 mW/(m*K). Nebst diesem deutlichen Vorteil sind VIPs jedoch deutlich teurer als konventionelle Dämmstoffe und zeigen zudem eine begrenzte Lebensdauer sowie eine erhöhte Schadenanfälligkeit.

Die Weiterentwicklungsmöglichkeit dieser gekapselten Systeme liegt bei Komponenten wie Barriere und Kernmaterial, andererseits in alternativen Systemkonzepten. In Bezug auf Kernmaterialien werden noch kaum erforschte neue Materialkombinationen untersucht und optimiert. Ziel ist, die Wärmetransportmechanismen in Nanostrukturen zu verstehen und daraus geeignete Materialkombinationen abzuleiten. Dämmsysteme mit ein- und mehrschichtigen Barrieren werden mit Industriepartnern entwickelt und auf Langzeiteignung getestet. Der Einfluss von Getter-Materialien wird in Systementwicklungen miteinbezogen.

SiO2 Aerogele als Hochleistungsdämmstoff

Aerogelmaterialien können aus einer Vielzahl von anorganischen oder organischen Monomeren aufgebaut werden. Daneben lässt sich auch die Längenskala der "Perlen" und Poren in einem weiten Bereich von einigen Nanometer bis Micrometer masschneidern. Aerogele werden in der Grundlagenforschung wegen ihrer herausragenden physikalischen Eigenschaften ausgiebig untersucht. Seit der Jahrtausendwende werden sie auch als Hochleistungsdämmstoff zunehmends angewendet.

Kommerzielle Anbieter in den USA bieten Aerogele auf SiO2-Basis an, welche mittels superkritischer Trocknung hergestellt wurden. Unsere Entwicklungsarbeiten in Zusammenarbeit mit der ZHAW Winterthur konzentrieren sich auf ein alternatives nicht-superkritisches Herstellungsverfahren. Zur Zeit sind wir im Stande eine faserverstärkte Aerogelmatte mit einer Wärmeleitfähigkeit  von 14 mW/(m*K) herzustellen. Zudem läuft eine Strukturanalyse dieser Aerogele mittels Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) an der SLS. Die Auswertung der Resultate sollte uns Aufschluss geben über den Zusammenhang zwischen Wärmeleitfähigkeit und der Porengrössenverteilung im Nanometerbereich.

Unsere Dienstleistungen sind auf die Bedürfnisse der Industrie, des Gewerbes, der Verbände und der Ämter ausgerichtet. Im Vordergrund stehen anspruchsvolle Untersuchungen auf den Gebieten unserer Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. Insbesondere sind dies (messtechnisch und rechnerisch):

• - Die bauphyskalische Charakterisierung von Baustoffen und -konstruktionen (Wärme-, Feuchteverhalten)
  
  
• - Die Bestimmung des Wärme- und Strahlungsverhaltens verglaster Fassaden und von Fenstern
  

Kontakt: 
Dr. Matthias Koebel
Empa, Abt. Bautechnologien
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T +41 44 823 55 11 (Zentrale)
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Bautechnologien