Speciale rapporten omhandler isoleringsmaterialer til byggebranchen. Specialet er en del af min uddannelse, som bygningskonstruktør i Aalborg. Rapporten er skrevet med henblik på at synliggøre markedet for varmeisolering, både traditionelt isolering og innovative isoleringsmaterialer. Isoleringsmaterialer Speciale rapport Bygningskonstruktørstuderende, 7. Semester 15. april 2013 University College Nordjylland Teknologi & Business Forår 2013
Titel emne: 01_Titelblad: Forfatter: Vendelbogade 16 st. th. 9000 Aalborg Ak6097@ucn.dk Projektsted: University College Nordjylland Porthusgade 1 (Skråen) 9000 Aalborg Specialeretning: Projekterende Afleveringsdato: 15. april, 2013 Projektvejleder: Erhvervsvejleder: Bjarne Sørensen (UCN) Torsten Sack Nielsen (SHL) Specialet er udfærdiget i: Microsoft Word 2010 Skrifttype Calibri, skriftstørrelse 12 Antal sider i rapporten Antal anslag i hovedtekst: 55 sider. 70.306 anslag inkl. Mellemrum. Kapitel 1: Titelblad.
02_Forord Denne specialerapport omhandler isoleringsmaterialer til byggebranchen. Specialet udgør en del af mit 6 semester, og indgår dermed som led i afslutningen på min uddannelse, som bygningskonstruktørstuderende ved University College Nordjylland i Aalborg. Rapporten er udarbejdet i samarbejde med erhvervslivet, hvorfra jeg bruger viden og erfaringer, som jeg har erhvervet mig fra mit tidligere praktiksted, Schmidt Hammer Lassen architects i Århus. Rapporten er skrevet med henblik på at synliggøre markedet for varmeisolering, både som traditionel isolering og som innovative isoleringsmaterialer. Formålet med rapporten er at undersøge markedet for nye isoleringsmaterialer, samt om der er en økonomisk gevinst ved deres anvendelse. Dette vil jeg gøre ved at beregne og sammenligne isoleringsmaterialernes pris og anvendelses udgifterne i relation til en ydervægskonstruktion, for derefter at komme med en konklusion på resultaterne. Jeg vil gerne rette en særlig tak, til de der har bidraget til indholdet og interviews i rapporten. Studievejleder: Erhvervsvejleder: Interviews: Bjarne Sørensen Underviser på University College Nordjylland Bygningskonstruktør M.A.K Torsten Sack Nielsen Project Architect/R+D Manager/Sustainability Development Manager MAA, At Schmidt/Hammer/Lassen architects Dan Hein Project Manager, Ingeniør E. Pihl & Søn Specialerapporten er rettet mod studerende og projekterende, der ønsker en større indsigt i muligheder inden for isoleringsmaterialer. God læselyst! Kapitel 5: 2: 1960 Forord. 1970érne etageboligbyggeri.
03_Indholdsfortegnelse 01_TITELBLAD: 1 02_FORORD 2 03_INDHOLDSFORTEGNELSE 3 04_INDLEDNING 5 04.1_MOTIVATION 5 04.2_PROBLEMSTILLING 5 04.3_PROBLEMFORMULERING 6 04.4_AFGRÆNSNING 6 04.5_METODE 7 05_FAKTA OM ISOLERING 7 05.1_VARMEISOLERINGSMATERIALE. 8 05.2_U VÆRDI. 9 06_ TRADITIONELLE ISOLERINGSMATERIALER 10 06.1_STENULD 10 06.2_GLASULD 11 06.3_CELLEGLAS 12 06.4_CELLEPLAST 13 07_ INNOVATIVE ISOLERINGSMATERIALER 14 07.1_AEROGEL 14 07.2_VAKUUM ISOLERING 19 07.3_ POLYISOCYANURAT (PIR) OG POLYURETHAN (PUR) ISOLERING 24 07.4_REFLEKTIVISOLERING 26 08_SAMMENFATNING AF INNOVATIVE ISOLERINGSMATERIALER 28 09_ANVENDELSEN AF ISOLERINGSMATERIALERNE 31 Kapitel 3: Indholdsfortegnelse.
09.1_ANALYSE AF BYGNINGSDEL 31 09.2_SAMMENLIGNING AF ISOLERINGSMATERIALER. 34 09.3_DELKONKLUSION. 36 09.4_DAGSLYSFORHOLD 37 10_BYGGEPROJEKT MED ANVENDELSEN AF VAKUUMISOLERINGSPANELER (VIP) 38 10.1_INTRODUKTION AF PROJEKTET GRØNDALSVEJ 40 10.2_KONSTRUKTIONSOPBYGNING AF FACADEN MED VIP 41 10.3_INTERVIEW MED PROJEKTLEDER: DAN HEIN E. PIHL & SØN 42 10.4_DELKONKLUSION 46 11_DISKUSSION 47 12_KONKLUSION 50 13_PERSPEKTIVERING 49 15_LITTERATURLISTE 51 16_ILLUSTRATIONS HENVISNINGER 52 17_BILAG LISTE 55 Kapitel 3: Indholdsfortegnelse
04_Indledning 04.1_Motivation Motivation til udarbejdelse af rapporten, udspringer sig i en nysgerrighed og en bekymring for projektering af fremtidens bygninger. Nysgerrighed er et bærende element når der skal ske en udvikling, det har min interesse og det er derfor vigtig at se på hvordan vi kan udvikle, bruge nye og alternative materialer som isolering i vores byggerier. Interessen for emnet begyndte, da jeg læste en artikel fra jyllandsposten Isolering er ikke bare mineraluld 1. Artiklen omhandler problematikken med meget tykke konstruktioner, som tager pladsen fra beboelsen. I artiklen står der bl.a.: Da de udvendige vægges areal tælles med ved beregning af det beboede areal, betyder de tykke vægge, at der bliver mindre plads til beboelse. Det betyder, at vægtykkelsen i et passivhus nemt kommer op på 50 60 cm. (1) Derfor mener jeg det er nødvendigt at finde nye og bedre isoleringsmaterialer med en lav varmeledningsevne. Det vil jeg undersøge nærmere i denne rapport. 04.2_Problemstilling Danmark har i dag et af verdens strammeste energikrav til nybyggeri. Målet er som et led i realiseringen af den langsigtede målsætning om at Danmark skal gør sig uafhængige af fossile brændsler i år 2050. Energiforbruget skal reduceres med mindst 25 pct. i 2015 og 25 pct. i 2020, i alt en reduktion på mindst 50 pct. fra i dag. Kravene til bygningers energiforbrug, vil blive strammet markant over de kommende år. Netop derfor vil det blive nødvendigt at udvikle bedre teknologier og byggetekniske løsninger. Derudover skal der stilles nye krav til de faglige kompetencer hos både fra de rådgivende og de udførende parter i en bygge proces, samt ske en styrkelse af vidensdeling om energirigtigbyggeri. 1 http://jyllands posten.dk/bolig/tips/article4774361.ece Kapitel 4: Indledning.
04.3_Problemformulering Klimaskærmen er et vigtigt fokusområde når de skærpede energikrav skal overholdes. Derfor er det vigtigt at overveje hvilke materialer der anvendes i konstruktionen. I dag ser vi ofte stenuld og glasuld som det mest anvendte isoleringsmateriale, men materialet har desværre ikke en særlig lav varmeledningsevne, hvilket bidrager til et varmetab. Dette varmetab forsøger man at imødekomme med en konstruktion hvor ydervæggenes tykkelse er et centralt element. Resultatet af de meget tykke ydervægge er, at der i konstruktionen skal tillægges et større eller mindre areal til væggen og dermed tages der mange kvadratmeter fra beboelsesarealet. Desuden er der hele problematikken omkring den arkitektoniske præsentation af de tykke ydervægge, som kan være en begrænsning i det æstetiske udtryk og ikke mindst lysindfaldet i boligen. Der findes mange forskellige nye isoleringsteknologier i udlandet, med langt bedre isoleringsevne end traditionel mineraluld, som vi ofte bruger i dag. (1) I Tyskland er de længere fremme med udveklingen og brugen af vakuumisolering. I USA har man udviklet et brugbart isoleringsmateriale, kaldt Aerogel et materiale der har en meget lav varmeledningsevne. I denne specialerapport vil jeg tage udgangspunkt i nye isoleringsteknologier og se på erfaringer fra Danmark og udland, ligeledes vil jeg undersøge et referenceprojekt, hvor man har anvendt vakuumisoleringspaneler i facaden. 04.4_Afgrænsning Rapporten afgrænses til de mest kendte isoleringsmaterialer, og nye isoleringsmaterialer på markedet. Jeg vil fokusere på en sammenligning af materialerne på isoleringsevne og økonomi, ved at placere isoleringen i en ydervægskonstruktion. I rapporten kommer jeg ikke nærmere ind på økologiske isoleringsmaterialer. Afgrænsende spørgsmål: Er der en økonomisk gevinst ved anvendelsen af isolering med lav varmeledningsevne? Hvad er sammenligningen mellem isoleringsmaterialernes egenskab? Hvilke erfaringer har byggebranchen med vakuumisoleringspaneler (VIP)? Kapitel 4: Indledning.
04.5_Metode Bøger og artikler fra biblioteket danner grundlag for afsnittende om isoleringsmaterialer. Særligt har jeg brugt engelske ord og emner i min søgning efter information af nye isoleringsmaterialer. Dette har f.eks. været ord som: Aerogel, Nanogel, Vacuum insulated panel og Isoleringsmaterialer. Derudover vil jeg anvende mit praktiksted fra 6. semester som sparring fra erhvervslivet. Endvidere vil jeg udfører og anvende et interview om håndteringen af vakuumisoleringspaneler i et udført byggeprojekt. I rapporten vil jeg ligeledes bruge erfaringsblade og publikationer omkring isolering løsninger, samt anvende danske og udenlandske internet hjemmesider, til at undersøge markedet. Start Indledning Fakta om isolering Teori Traditionelle isoleringsmaterialer Innovative isoleringsmaterialer Analyse Sammenligning af isoleringsmaterialer på egenskab og pris Delkonklusion Praktisk Anvendelsen af innovativ isoleringsmateriale i et byggeprojekt Delkonklusion Diskussion Teori Analyse Praksis Konklusion Resultat Figur 1: Speciale proces / opbygning Kapitel 4: Indledning.
05_Fakta om isolering Siden begyndelsen af civilisation, har mennesket haft behov for isolering. Man klædte sig med uld og skind fra dyr, for at holde varmen. Man byggede huse af træ, sten, jord og andre materialer til beskyttelse mod den kolde vinter og varme sommer. De gamle grækere og romere opdagede materialet asbest, her fandt man det brugbart på grund af sin gode isoleringsegenskaber og modstandsevne imod varme og ild. Romerne brugte også kork til isolering af deres sko, for at holde fødderne varme. Da industrialiseringen begyndte, blev kork brugt som isolering i huse, hvor det ligeledes blev brugt til at isolerer vandrør og andre frost følsomme anlæg mod frostsprængninger. (2) 05.1_Varmeisoleringsmateriale. Et varmeisoleringsmateriale er kendetegnet ved den lave varmeledningsevne, i modsætning til f.eks. metal, glas og sten, som har en høj varmeledningsevne. Det er hovedsageligt den stillestående luft i isoleringsmaterialerne, der giver den gode isoleringsegenskab. Denne konstruktionsstruktur bidrager til at gøre de fleste isoleringsmaterialer meget lette. Bygges der isoleringsmateriale ind i konstruktionen, mister bygningen stadig varme, men det sker i betydeligt mindre omfang, end hvis bygningen ikke var isoleret. Det er helt afgørende, at isoleringsmaterialer holdes tørre, årsagen er at vand leder varme langt bedre end luft, således at våde isoleringsmaterialer ikke holder på varmen, og det mister derved sin isolerende evne. Det er nødvendigt at beskytte isoleringen mod vind. Dette gøres med et vindtæt lag, således luften i isoleringen kan forblive stillestående. Det vindtætte lag må ikke slutte helt tæt, da eventuel fugt skal kunne trænge ud og derved ventileres væk. Det er desuden vigtigt, at de enkelte stykker isoleringsmateriale placeres tæt op ad hinanden, samt omkring konstruktioner og gennemføringer. På den måde undgås der kuldebroer, dvs. steder på indvendige vægge eller lofter, hvor overfladetemperaturen er lavere end temperaturen i rummet, dette vil desuden også bidrage til risiko for dannelse af kondens. (3) Kapitel 5: Fakta om isolering.
05.2_U-værdi. Isoleringsevnen i en konstruktion angives med en U værdi. Også kaldet transmissionskoefficient. Jo mindre U værdien er, desto bedre isolerer konstruktionen. U værdien angiver, hvor stor en varmemængde, målt i Wh, der strømmer gennem 1 m² af konstruktionen, når temperaturforskellen mellem den indvendige og den udvendige side er 1 C. Ud fra de enkelte materialers varmeledningsevne og tykkelse, samt hvordan konstruktionerne er opbygget, kan man beregne en konstruktions isoleringsevne enten i sin helhed eller for enkelte dele af konstruktionen. U værdien måles samlet i W/m²K (watt pr. kvadratmeter Kelvin). (3) Bygningsreglementet stiller krav til de enkelte bygningsdele skal være isoleret, så den samlede konstruktion, ydervæg, tag og gulvkonstruktion har så lille et varmetab som muligt. Eksempelvis skal gulvkonstruktioner ved terræn i tilbygninger have en U værdi på 0,15 W/m²K, hvis man vælger at anlægge gulvvarme i en bygning skal isoleringen være endnu bedre, her må U værdien ikke overstige 0,10 W/m²K. 2 (4 s. 256) 2 Bygningsreglementet kap. 7. Energiforbrug. 3.2. Varmeisolering af bygningsdele, stk. 1 Kapitel 6: Fakta om isolering
06_ Traditionelle isoleringsmaterialer Der findes flere forskellige isolerings materialer, og mulighederne er dermed mange. Når der skal vælges isoleringsmateriale bør man have flere parametre med i sine overvejelser. Dels materialet funktionelle evne men i allerhøjste grad også prisen. Derudover kan tradition for materialevalg også influere på processen. Nedenstående tekst beskriver systematisk de mest almindelige og anvendte isoleringsmaterialer. 06.1_Stenuld Stenuld er ikke noget nyt udviklet isoleringsmateriale den er en menneskeskabt kopi af et af naturens fænomener. Den har sin oprindelse helt tilbage til 1920 erne, hvor en videnskabsmand efter et vulkanudbrud på Hawaii fandt nogle uldtotter i naturen. Det viste imidlertid, at uldtotterne havde en anden, men også bemærkelsesværdig forklaring. Under et vulkanudbrud bliver sten fra vulkanens indre udsat for så kraftig varme, at de smelter og slynges op i luften. Inden stenmassen rammer jorden igen, har luftens afkøling forvandlet stenene til uld. Det er denne proces, der hver eneste dag genskabes i stenuldsproduktionen. (5) Stenuld er et brandhæmmende isoleringsmateriale, som har et smeltepunkt på over 1000 C, og kan derfor modstå brand i op til to timer. Stenuld er et relativt let materiale at arbejde med og kan nemt tilpasses på byggepladsen, hvilket gør det til et eftertragtet isoleringsmateriale. Fremstillingen foregår ved at man smelter sten, kalk og briketter ved en temperatur på 1500 C. Det er dermed nemt og billigt at fremstille, hvilket bidrager til at denne type isoleringsmateriale, oftest er en god og rentabel løsning. Stenuld har en varmeledningsevne på 0,034 39 W/mk. Materialet fås i mange udformninger, som eksempelvis bats, måtter og granulat. (5) I Danmark er mineraluld oftest kendt som stenuld, men mineraluld er en fællesbetegnelse for isoleringsmaterialer af enten glas eller stenuld. Kapitel 6: Traditionelle isoleringsmaterialer
Figur 2: Stenuld (www.rockwool.dk) 06.2_Glasuld Det var tyskeren Hager, der opfandt processen til at lave glasuld. Metoden til at fremstille glasuld, er den samme fremgangsmåde som produktion af candyfloss (6). Det første man gør, er at hælde smeltede glas ned på en roterende skive, hvorved skiven slynger glasset ud i tynde tråde. Men der var stor forskel på tykkelsen af disse tråde. Problemet med denne metode var dog imidlertid at resultatet bar præg af tråde i forskellige tykkelse, hvilket medførte et meget forskelligartet produkt. Isoleringsmaterialet blev derfor taget ud af produktion for en tid. I midten af 1950'erne udviklede man en ny metode. Den nye fremstillings metode var baseret på en såkaldt TEL proces (6), som man havde prøvekørt på en mineralulds fabrik i Schweiz. ISOVER i Danmark besluttede meget hurtigt at starte en prøveproduktion i Kastrup. Forsøgene faldt så heldigt ud, at man i løbet af måneder besluttede sig for at opføre et TEL anlæg. Ud over at der var tale om et langt bedre isoleringsprodukt, var den nye TEL metode også ca. 10 gange lettere end den gamle Hager metoden. Figur 3: Glasuld (www.isover.dk) Kapitel 6: Traditionelle isoleringsmaterialer
Glasuld er en meget blød isoleringstype, som er velegnet til isolering af boliger, hvor risikoen for trykbelastning ikke er stor. Isoleringen har en særlig fordel i sin anvendelse. De er fleksible og nemme at anvende og håndtere på byggepladsen Varmeledningsevnen på glasuld er ca. 0,032 0,038 W/mk, hvilket er det samme som stenuld. Materialets brændbarhed påvirkes af blandingssammensætningen, normalt har glasuld en brand modstandsevne på op til 600 C. (6) 06.3_Celleglas Celleglas produceres udelukkende af glas og kul, hvilket gør materialet stabilt for trykbelastninger. Det findes i mange forskellige størrelser, og kan nemt skæres til på byggepladsen. Celleglas er klassificeret som et A1 materiale, hvilket vil sige at det ikke er brændbart, og har desuden en række andre gode egenskaber, Bl.a. har denne type isoleringsmateriale en høj trykstyrke, er formstabilt, diffusionstæt og sikret mod angreb fra råd, insekter og andre skadedyr. Derudover har celleglas en meget lang levetid. Desværre er dette produkt dyrt, sammenlignet med polystyren og mineraluld. Celleglas har en varmeledningsevne på 0,038 0,050 W/mk, afhængig af anvendelse og styrkekrav. Man bruger typisk celleglas til isolering af flade tage, tagterrasser og P dæk samt til ud og indvendig isolering af facader, ydermure, terræn og kælderdæk. Materialet anvendes sjældent i enfamiliehuse, men findes overvejende i store byggerier, hvor der stilles ekstraordinære høje krav til fugttekniske egenskaber og trykstyrke. Celleglas nævnes her, fordi materialet på sit navn let kan forveksles med celleplast. Imidlertid må man ikke forveksle disse to isoleringsmaterialer da de har meget forskellige egenskaber. Figur 4: Celleglas. Kapitel 6: Traditionelle isoleringsmaterialer
06.4_Celleplast Celleplast, ekspanderet polystyren, (EPS), fremstilles af plasttypen polystyren. Det er et hårdt isoleringsmateriale der er nemt at arbejde med. Ulempen ved celleplast er, at det er klassificeret i den dårligste og mest udsatte brandklasse, F. Derfor skal celleplastisolering beskyttes mod brand modsat celleglas og mineraluld. Celleplast findes med en varmeledningsevne fra 0,034 0,041 W/mk og fås i mange forskellige størrelser og udformninger. Polystyren er kendt for sin store trykstyrke og har en kapillarbrydende effekt. Derfor er celleplast velegnet, når der stilles krav til trykstyrke og lav fugtoptagelse. Man anvender primært celleplast i terrændæk og krybekælderdæk (gulvkonstruktioner mod jord/krybekælder) samt som udvendig isolering af flade tage. Ved anvendelsen af celleplast som isolering af indvendige bygningsdele, skal man være opmærksom på brandrisikoen. Her er det vigtigt at brandbeskytte isoleringen med gips, således den overholder klasse k1 B s1, d0 beklædning. I tilfælde at celleplast anvendes i etageadskillelser, skal konstruktionen opfylde kravet REI 60 A2 s1 d0. (3) Figur 5: Celleplast, polystyren, (EPS). Kapitel 6: Traditionelle isoleringsmaterialer
07_ Innovative isoleringsmaterialer Innovative isoleringsmaterialer findes i flere forskellige udformninger og mulighederne er derfor mange. De innovative har som de traditionelle isolerings typerne forskellige egenskaber og anvendelse. Nedenstående tekst beskriver systematisk de mest anvendte nye og innovative isoleringsmaterialer. 07.1_Aerogel Aerogel er et transparent og meget let materiale. Det består af en tør gel hovedsageligt fremstillet af siliciumdioxid og 96 pct. luftgas. Aerogel er kendt som et "Super Materiale", da dets vægt svarer til en tredje del af atmosfæriskluft, hvilket gør det ekstremt let. Endvidere er Aerogel et materiale med fordelsagtige egenskaber, bl.a. meget lav varmeledningsevne og høj trykstyrke, hvor en blok aerogel på 500 g kan bære 500 kg. Aerogel har dermed nogle egenskaber med store fordele, både termisk, elektrisk og akustiske. Årsagen til at aerogelen blev anvendt som isolering, var på Sojourner Mars roveren i 1997, her faldt temperaturen på Mars, ned til 87 grader om natten. Selvom temperaturen udenfor var koldere end Antarktis om vinteren, forblev temperaturen 21 grader inde i Roveren, hvor den følsomme elektronik blev beskyttet mod den hårde frost. (7) Figur 6: Aerogel blok (www.ecofine.it) Figur 7: Microstrukturen i aerogel 500nm (www.sciencedirect.com) Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
Aerogel blev første gang opdaget i 1931, af Steven. S. Kistler fra College of the Pacific in Stockton, Californien. Her udviklede Kistler en "våd gel", som han prøvede at tørre ud. Men gelen krympede efterfølgende til en brøkdel af den oprindelige størrelse, hvorfor den led alvorligt af revnedannelser og smuldrede fra hinanden. Herefter opdagede Kistler et vigtigt element i aerogel udviklingen, hans refleksioner var således: "Obviously, if one wishes to produce an aerogel [Kistler is credited with coining the term "aerogel"], he must replace the liquid with air by some means in which the surface of the liquid is never permitted to recede within the gel. If a liquid is held under pressure always greater than the vapor pressure, and the temperature is raised, it will be transformed at the critical temperature into a gas without two phases having been present at any time." (8 s. 3) 3 Aerogel var stort set glemt, indtil slutningen af 1970'erne, her så man igen potentiale i Aerogel. Derfor videreudviklede og forberede man metoderne som Kistler havde anvendt. Dette førte til det største fremskridt i Aerogels videnskabelige historie, nemlig anvendelsen af sol gel. Denne kemiske sammensætning, forbedrede styringen af materialets porøsitet og holdbarhed. Ligeledes udgør sol gel en unik metode til nano fabrikation af silica aerogel hvilket er materialet som vi kender det i dag. (9) Figur 8: Aerogel. (wwwr4.cabot corp.com) 3 S. S. Kistler, J. Phys. Chem. År. 1932 Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
Aerogel bliver også kaldt "frozensmoke"(cabot Corporation, 2011 ), på grund af sit transparente udseende og sin lette vægt. Der findes tre typer aerogel: silica, Carbon og Alumina aerogel. Den mest almindelige type er Silica aerogel, da udviklingen og anvendelsen af dette materiale er længst fremme. Silica som bruges til fremstilling af gelen har verdens laveste tæthed, hvilket resulterer i en vægt på 1 mg/cm3. Endvidere har Silica aerogel den egenskab, at kunne lukke kraftigt Uv stråling igennem sin struktur, hvilket giver mulighed for at sollyset, kan trænge igennem materialet men stadigt holde varmeenergien fra solen ude. Dette bidrager til at silicagelen kan anvendes i glasruder. I dag er der udviklet ruder med Aerogel, som i princippet er opbygget som et sandwichelement, som består af et lag Aerogel placeret mellem to glas. Ruden er af hensyn til isoleringsevne og holdbarhed forseglet rundt langs kanten. Aerogel ruder har en højt ydende isoleringsevne f eks. har en rude på 25 mm en R værdi på 8, svarende til en U værdi på 0,64 W/m 2 K, dette gør ruden meget tyndere sammenlignet med traditionelle energivenlige ruder. Nedenfor ses en skitse af et vinduesparti med Aerogel mellem to lag glas. Fordelen med Aerogel ruder: Ingen gasser kan sive ud lystransmission Let materiale Effektiv lydisolering Figur 9: Aerogelglas (www.aspen aerogels.dk) Aerogel har som tidligere beskrevet en lav procentdel af fast materiale, hvilket bidrager til en reduceret varmeledning. Anvender man den egenskab i et hulrum i en dobbeltrudet konstruktion, hinder det varmegennemstrømningen betydeligt. Lystransmission gennem Aerogel er ca. 80 pct. ved en tykkelse på 10mm, dette giver et diffust lys og eliminere overførslen af UV stråler. Årsagen skal findes i indholdet af luften, som bidrager til at Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
gøre ruden semitransparent. Dette medvirker til et udseende, hvor en mørke baggrunde medføre et blåligt skær og en lys til et gulligt skær. Det er dermed muligt at have en høj isoleringsevne og stadigvæk have lystransmission, selv ved anvendelse af både dobbelt og tredobbelt anvendelse af Aerogel. (10) Figur 10: Nanogel aerogel styrke egenskaber i glas. (www.nanogel.com) Figur 11: Billede af glasvæg med aerogelruder. (www.usdaylight.com) Det vurderes at Aerogel er fremtidens isoleringsmateriale pga. dets mange gode egenskaber både termisk og brandmæssigt. Materialet har en lav varmeledningsevne, der spænder fra 0,023 W/mK ned til 0,004 W/mK, hvilket svarer til R værdier på 30 til 105. Med et smeltepunkt på 1200 C har Aerogel ligeledes en brandhæmmende egenskab (11). Aerogel typen Silica, har vundet 15 titler i Guinness World Records, for sine materialeegenskaber, herunder bedste isoleringsegenskaber og laveste massefylde af et faststof (12). I dag produceres der flere forskellige typer af isoleringsmaterialer hvor der anvendes Aerogel. Bl.a. kan nævnes Spaceloft der producers af Aspen aerogels. Spaceloft har en meget lav varmeledningsevne på ca. 0,014 W/mk og har en tykkelse på 5 mm eller 10 mm. Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
Isoleringsstrukturen i Spaceloft er en kombination af silica aerogel og forstærkningsfibre, som tilsammen gør isoleringen til et brugervenligt produkt. Spaceloft isoleringen anvendes i vægge, gulve og tage, og kan med fordel bruges som kuldebrosisolering i vinduer og døre, samt andre steder med risiko for varmetab. (13) Spaceloft produktet har angiveligt 2 til 4 gange bedre isoleringsværdi, i forhold til mineraluld eller skum. Spaceloft isolering, kan modstå høje temperaturer og er derfor et brandhæmmende materiale. En produktdemonstration, har vist den brandhæmmende egenskab på spaceloft, ved at placere et tændt blus under. (14) Udover Aspen aerogel er der også Cabot Corporation og Proctor Group, som lancerer isoleringsmaterialet. Figur 12: Spaceloft isolering (www.buyaerogels.com) Figur 13: Aerogel spaceloft, sammenliget med andre isoleringsmaterialer. Aspen areogels er et amerikansk firma, men der er i dag flere som fremstiller Aerogel baseret isoleringsmaterialer. F.eks. har Rockwool fornyligt udviklet et nyt produkt med aerogel, til det internationale marked. Produktet hedder Aerowool isolering. Aerowool består af stenuldsfibre tilsat aerogel. Pladen er opbygget af 20 eller 40 mm Aerowool og en 10 mm gipskartonplade med omløbende affasede kanter, således at en god fugespartling kan udføres. Aerowool er beregnet til indvendig isolering, hvor pladsen er trang. Det gælder blandt andet fredet og bevaringsværdige bygninger og etageejendomme i tæt bebyggede områder. Aerowool har en varmeledningsevne på 0,019. W/mK. (15) Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
07.2_Vakuum isolering Vakuumisoleringspaneler er opbygget på samme princip som termokanden, der er opfundet af Sir. James Dewar, FRS, i 1892. Ved at opretholde et vakuum mellem to vægge af glas, demonstrerede Sir James Dewar en meget høj isoleringsevne. Han beviste også, at påføringen af en reflekterende belægning på termokanden, ligeledes ville reducere varmetabet. Det er denne grundlæggende proces, der bruges i vakuumisoleringspanelerne i dag. Til denne teknik har man i dag udskiftet glas med en reflekterende folie, og med et fyldstof med lav varmeledningsevne. (16) Vakuumisoleringspaneler (VIP) blev første gang udviklet til anvendelse i køleskabe, frysere og kolde opbevaringskasser, hvor pladsen for isolering er begrænset. Produktet var introduceret i midten af 1980'erne, efter man skulle finde nye materialer, der kunne erstatte isoleringsmaterialet, der indeholdte CFC (freon), som er skadelige for ozonlaget. Her fandt man vakuumisolering som et potentielt alternativ. Den tekniske levetid på et køleskab er omkring 10 20 år, derefter mister isoleringen sit vakuumtryk og dermed sin lave varmeledningsevne. Hvorimod i bygninger bør isoleringen typisk vare i 50 80 år uden alt for meget vedligeholdelse, mens de vakuumisoleringspaneler vi kender i dag, typisk har en levetid på omkring 25 40 år. (17 s. 2) VIP har en meget god varmeisoleringsevne, der ligger ca. 5 10 gange højere end mineraluld. I dag er byggebranchen begyndt at anvende isoleringen i forskellige bygningsdele, især i panelvægge. VIP anvendes i konstruktioner, hvor der er begrænset plads til at isolere. VIP isoleringen, består af et fint kernemateriale omkranset af en tæt folie. Ved hjælp af et gastryk på 0,2 til 3 mbar bliver luften fjernet i panelet. Kernematerialet og folieforseglingen skal dermed være i stand til at modstå et tryk svarende til det atmosfæriske, ca. 1 000 mbar. (18 s. 6) Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
Figur 14: Opbygningen af VIP. Kernematerialets egenskaber er vigtige at være opmærksom på før det bliver anvendt til fremstilling af VIP. Der er vigtige materialekrav som skal være opfyldt, bl.a. lille korndiameter, trykningsmodstandsdygtig (atmosfærisk tryk) og uigennemtrængelighed for infrarød stråling. VIP isolering er samlet en kombination af silica nanostruktur og et gastryk. Figur 15: forholdet mellem gastryk og den termiske ledningsevne. (18 s. 6) Figur 14 viser forholdet mellem gastryk og den termiske ledningsevne af en række forskellige materialer som er almindelige i VIP isoleringen. Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
Tre områder er synlige i kurven: (figur 14), de tre former viser et mindre varmetab gennem materialet, sammenlignet med glasuld. Det skyldes at glasuld er et luftigt materiale med store hulrum, hvor varmeoverførselen ved stråling og gas ledning er højest ved et atmosfærisk tryk. De tre andre former: Polystyren, polyurethan og silica har mindre struktur i forhold til glasuld, hvilket betyder gassens ledning og strålingen er mindre i disse materialer. Silica strukturen har det laveste varmetab ved atmosfærisk tryk, det skyldes at cellestørrelsen kun er på omkring 10 til 100 nm, som er den samme størrelse som den gennemsnitlige frie vej af luftmolekyler, omkring 70 nm under normale temperatur og atmosfærisk tryk. Omkring kernematerialet, er der en folie med tynde lag, disse har en størrelse på 30 til 100 nm, som anvendes som tætning af kernen og foldning langs panelkanterne. Desværre er folien ikke helt gas tæt, hvilket muliggør gasmolekyler at sive langsomt gennem forseglingen. (17 s. 3) Figur 16: Isoleringsevne for VIP over 25 år. Figur 15 viser ændring af varmeledningsevnen ved trykstigning og fugtophobning i VIP i løbet af 25 år. Den stiplede linje angiver fugtophobning. Undersøgelsen er målt på paneler 1000 x 600 mm, med en 20 mm tykkelse. (19 s. 7) Den teoretiske varmeledningsevne på en ny VIP panel, er omkring 0,0045 W/mK, i centrum kan denne værdi dog forventes at stige til 0,0029 W/mK efter 25 år. Derfor har man i de tilfælde Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer
vedtaget en middelværdi på 0,007 8 W/mK af en VIP isolering med silica struktur, dog afhængigt af fugt forholdene i konstruktionen. Hvis panelet er punkteret, stiger den termiske ledningsevne op til 0,020 W/mK, det er dog stadig lavere end mineraluld, som har en varmeledningsevne på omkring 0,040 W/mK. (19 s. 6) Folien som anvendes rundt om kernematerialet, har stor indvirkning på panelets samlede varmemodstand og levetid. Folien skal have egenskaber som: lav permeabilitet for at forhindre diffusion af gas og vanddamp i kernen lav varmeledningsevne, for at minimere kuldebroer langs panelkanterne på elementet For at undgå større varmetab langs panelkanterne, kan man vælge at anvende et af to typer folie hhv. lamineret aluminiumsfolie eller flerlags folie. Lamineret aluminiumsfolie består af en cirka 8 mikrometer tyk plastikfolie på begge sider. Flerlags folie består af flere lag plastfolie, hvor der på begge sider er et tyndt lag metal. Tykkelsen på flerlags folien er ca. 100 nm. Det er ca. 100 gange tyndere end lamineret aluminiumsfolie og derfor har den et lavere varmetab ved panelkanterne. (20 s. 10 11) Til trods for de flere lag folie om VIP kerne er der stadig risiko for dannelse af en kuldebro. (figur 16). En kuldebro defineres som linietab, ψ W/mK, ganget med længden af den termiske bro, dvs. omkredsen af VIP en. Størrelsen af den termiske bro afhænger af center af panelets varmeledningsevne og den tilsvarende termiske ledningsevne af folien. Også tykkelsen af plade og folie påvirker den termiske bro, samt den termiske ledningsevne af de omgivende materialer. (21 s. 10 11) Figur 17: Linietab langs VIP isoleringens panelkanter. (21 s. 10) Kapitel 7: Innovative isoleringsmaterialer