HÖCHSTWÄRMEDÄMMENDE NANOFASERISOLATIONSMATERIALIEN
FÜR ENERGIEEFFIZIENTE GEBÄUDE
Zur Verbesserung der Isolierwirkung von Bau- und Dämmstoffen für Neubauten und für die Altbausanierung wird im Rahmen des Forschungsvorhabens NanoFIM eine neue Klasse von Nanofaser-Isolationsmaterialien entwickelt. Bei Anwendung der neuen Faserstoffe zur Wärmedämmung von Gebäuden resultiert eine massive Einsparung von Primärenergie für die Beheizung; gleichzeitig werden unnötige CO2- Emissionen verhindert. Für das angestrebte Projekt sollen nachwachsende und CO2 -neutrale Rohstoffe sowie die in immer stärkerem Ausmaß anfallenden Alt-Styropormengen aus dem Baustoff-Recycling genutzt werden.
Projektaufbau
Dem Projekt liegt die Idee zu Grunde, den faserförmigen Aufbau klassischer Isoliermaterialien (beispielsweise Mineralwolle) mit der Zukunftsvision eines nanoporösen Werkstoffs zu verknüpfen. Die Nanofasern sind isotrop ausgerichtet und leiten den durch Wärmeleitung übertragenen Anteil am Wärmestrom nicht entlang des Temperaturgefälles durch die Wand, sondern stattdessen parallel zur Wand. Gleichzeitig sind die Porenräume im Nanofaser-Isolationsmaterial kleiner als die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle der Luft (Knudsen-Diffusion). Aus diesem Grund wird die sogenannte Fluid-Leitung der Gasmoleküle in den Poren verhindert. Durch Verknüpfung beider Effekte entsteht eine neue Dämmstoffklasse mit verbesserten Isolationseigenschaften. Ein weiterer Vorteil der NanoFIMs besteht darin, dass diese ohne Verlust ihrer thermischen Isolationsfähigkeit geschnitten, modelliert und angepasst werden können. Sie lassen sich in Form von Matten und Vliesen an Alt- und Neubauten gleichermaßen anbringen und können alternativ als Verbundwerkstoff aus Mauerstein mit integrierter Wärmedämmung realisiert werden. Weiterhin können die NanoFIMs als höchstwärmedämmende Bestandteile von Bauelementen und Wärmedämmverbund-Systemen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit genügen dünne Schichten oder geringe Zugaben um Wärmedämmeigenschaften einer Wand zu realisieren, die bislang nur durch dickere Schichten eines herkömmlichen Dämmstoffs erreicht werden können.
Projektziele
Die Herausforderung des Projekts besteht einerseits in der Synthese der Nanofaser-Isolationsmaterialien (NanoFIMs). Die Nanofasern werden durch koaxiales Elektrospinning hergestellt und haben einen äußeren Durchmesser von wenigen hundert Nanometern. Sie werden mit Licht-absorbierendem, nanoskaligem Kohlenstoff ausgerüstet, der die Wärmeübertragung durch Strahlung mindert. Im Inneren der Fasern werden Hohlkanäle realisiert. Die Nanofasern werden zu flexiblen Vliesen und Matten versponnen in deren Porenraum Gasmoleküle wie O2, N2 und CO2 weitestgehend eingeschlossen sind. Eine weitere Herausforderung besteht in der Integration der NanoFIMs in Wandbaustoffe wie Ziegel, Innen- und Außenputze, Geopolymere und ausgewählte Beton-Rezepturen.
