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• 1 Einführung
• 2 Funktionsweise der Isolierung
  • 2.1 Strahlung
  • 2.2 Wärmeleitung
  • 2.3 Konvektion
• 3 Leistung
  • 3.1 Wärmeleitfähigkeit
  • 3.2 Wärmewiderstand
  • 3.3 U-Wert
• 4 Offenzellige Produkte
• 5 Geschlossenzellige Produkte
• 6 Installation vs Leistung
• 7 Nachhaltigkeit
• 8 Fazit
• 9 Verwandte Artikel zum Entwerfen von Gebäuden Wiki
• 10 Externe Referenzen

Einleitung

Isolierungsprodukte haben sich erheblich mit technologischen Fortschritten entwickelt. Die Gesetzgebung hat als Katalysator für die Entwicklung gewirkt, von den grundlegenden Anforderungen gemäß Teil L der Bauvorschriften bis zur Einhaltung der staatlichen Kohlenstoffreduktionsziele, die durch fortschrittliche Programme wie den Code for Sustainable Homes und BREEAM vorangetrieben wurden.

Isolationsprodukte unterscheiden sich in Farbe, Oberflächenbeschaffenheit und Textur, Kernzusammensetzung und vor allem Leistung. Die Spezifikation von Materialien, die isolieren, ist eine wissenschaftlich fundierte Entscheidung, aber eine erfolgreiche Spezifikation hängt davon ab, dass der Spezifizierer nicht nur die mathematische Leistung versteht, sondern auch die peripheren Faktoren, die die endgültige Installation beeinflussen können.

Die Spezifikation von Isolationsprodukten basiert häufig auf den Mindestanforderungen der Bauvorschriften AD (genehmigtes Dokument) Teil L und ihrer Beziehung zu den Leistungsdaten der Hersteller, und es wurde vorgeschlagen, dass die Gesetzgebung die Produktion einer Reihe von Produkten vorantreibt, die einfach funktionieren und nur einen geringen offensichtlichen Unterschied zwischen ihnen aufweisen.

Um die Isolierung korrekt zu spezifizieren, muss der Planer jedoch die Gründe verstehen, warum sie funktioniert, und die richtige Technologie auf jedes gegebene Konstruktionsdetail anwenden. Wenn Sie die Prozesse, die die Isolierung zum Funktionieren bringen, und die Faktoren, die sie daran hindern, besser verstehen, sind die Planer in einer weitaus stärkeren Position, um das richtige Material für die richtige Anwendung zu spezifizieren.

Die installierte Leistung eines Isolationsprodukts hängt nicht nur von den Leistungsmerkmalen und der Einhaltung der Herstelleranforderungen und der allgemeinen Best-Practice-Verarbeitungsanforderungen durch die Auftragnehmer ab, sondern auch von der Eignung des Isolationsmittels für seinen Installationsort.

Wie Isolierung funktioniert

Isolationsprodukte sind so konzipiert, dass sie die Wärmeübertragung über das Material selbst behindern. Es gibt drei Methoden der Wärmeübertragung: Strahlung, Leitung und Konvektion.

Strahlung

Jedes Objekt, dessen Temperatur höher ist als die Oberflächen, die es umgeben, verliert Energie als Nettostrahlungsaustausch. Strahlungswärme kann sich nur in geraden Linien ausbreiten. Führen Sie ein festes Objekt zwischen den Punkten A und B ein, und sie tauschen die Strahlungswärme nicht mehr direkt aus. Strahlung ist der einzige Wärmeübertragungsmechanismus, der Vakuum durchquert.

Leitung

Leitung ist auf physischen Kontakt angewiesen. Wenn kein Kontakt besteht, kann keine Leitung stattfinden. Der Kontakt zwischen zwei Substanzen unterschiedlicher Temperatur führt zu einem Wärmeaustausch von der höheren Temperatur zur Substanz mit niedrigerer Temperatur. Je größer die Temperaturdifferenz ist, desto schneller ist der Wärmeaustausch.

Konvektion

Konvektion ist die Übertragung von Energie über Flüssigkeiten (Gase und Flüssigkeiten). Es ist diese Methode, die die größte Rolle bei der Freisetzung und Übertragung von Wärme in Gebäuden spielt. Die häufigste Ausbreitung dieses Effekts erfolgt von Feststoff zu Gas, dh Objekt zu Luft, und dann wieder zurück, typischerweise wenn die Luft auf die äußere Bausubstanz trifft.

Der Prozess wird tatsächlich durch eine Energieübertragung durch Leitung initiiert und durch den Wasserdampfgehalt, der von der Luft unterstützt wird, kompliziert. Die Wassermoleküle speichern Wärme, die ihnen durch Leitung von warmen Oberflächen gegeben wird. Der Wasserdampf und die Luft können nicht als Gase getrennt werden. Sie trennen sich erst, wenn der Sattdampfdruck erreicht ist, d. H. Die Menge an Wasser (wenn auch in Dampfform) übersteigt die verfügbare Wärme, um es als Gas (Dampf) zu erhalten, und kondensiert daher.

Durch Kondensation wird diese latente Wärme freigesetzt; Das Verhältnis von Temperatur zu Wasserdampf ändert sich, und sobald es sich weit genug verändert hat, beginnt der Prozess erneut. Die Wettersysteme der Welt folgen einem sehr ähnlichen Zyklus.

Wenn die Luft ruhig und trocken gehalten werden könnte, wäre sie ein hocheffizientes Isoliermittel. Wenn Luft jedoch erhitzt wird, dehnt sich ihre Molekülstruktur aus und wird im Verhältnis zu der sie umgebenden Luft weniger dicht und steigt so an. Wenn es sich weiter von der Wärmequelle entfernt, beginnt es abzukühlen. Die Moleküle ziehen sich zusammen und nehmen an Dichte zu und sinken wieder ab. Luftmoleküle sind in einem konstanten Zustand des Flusses, abhängig von der Umgebungstemperatur und Störungen von jedem Punkt oder Hintergrundwärmequellen.

Dieser Prozess der Wärmeübertragung ‚Konvektion‘ wird durch die Tatsache erschwert, dass die Luft mit einer Geschwindigkeit abkühlt, die von der Menge der Wasserdampfsättigung abhängt. Je größer die Sättigung, desto langsamer die Abkühlung.

Leistung

Dämmstoffe begrenzen den Energiefluss (Wärme) zwischen zwei Körpern, die nicht die gleiche Temperatur haben. Eine höhere Isolationsleistung ist direkt auf die Wärmeleitfähigkeit des Isolators zurückzuführen. Das heißt, die Geschwindigkeit, mit der eine feste Energiemenge über eine bekannte Dicke des Materials übertragen wird.

Das direkte Inverse (reziproke) dieses Maßes ist der thermische Widerstand des Materials, der die Fähigkeit des Materials misst, der Wärmeübertragung zu widerstehen.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit, oft als ‚K‘- oder ‚λ‘-Wert (Lambda) bezeichnet, ist eine Konstante für jedes Material und wird in W / mK (Watt pro Kelvinmeter) gemessen. Je höher der λ-Wert, desto besser die Wärmeleitfähigkeit. Gute Isolatoren haben einen möglichst niedrigen Wert. Stahl und Beton haben eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und damit einen sehr geringen Wärmewiderstand. Dies macht sie zu schlechten Isolatoren.

Der λ-Wert für jedes Material wird mit steigender Temperatur höher. Obwohl der Temperaturanstieg signifikant sein muss, um dies zu erreichen, und die Temperaturvarianten in den meisten Gebäuden im Allgemeinen innerhalb der Toleranzen liegen, die eine Änderung des Lambdawerts vernachlässigbar machen würden.

Wärmewiderstand

Der Wärmewiderstand, der als R-Wert eines Materials bezeichnet wird, ist ein Produkt aus Wärmeleitfähigkeit und Dicke. Der R-Wert errechnet sich aus der Dicke des Materials dividiert durch seine Wärmeleitfähigkeit und ausgedrückt in den Einheiten m2K/W (Quadratmeter Kelvin pro Watt). Je größer die Materialstärke, desto größer der thermische Widerstand.

U-Wert

In konstruktiver Hinsicht kann ein U-Wert zwar berechnet und einer einzelnen Dicke eines beliebigen Materials zugeordnet werden, es ist jedoch üblicher, ihn als ein Produkt zu berechnen, das sich aus dem Zusammenbau verschiedener Materialien in einer bestimmten Konstruktionsform ergibt. Es ist ein Maß für die Übertragung von Wärme durch eine vorbestimmte Fläche der Bausubstanz – das ist 1 sq. m.

Die Einheitsmessungen sind daher W/m2K (Watt pro Quadratmeter Kelvin) und beschreiben den Wärmeübergang in Watt durch einen Quadratmeter eines Bauelements (z. B. Wand, Boden oder Dach). Dies wird verwendet, um die Wärmeübertragung oder den Wärmeverlust durch die Bausubstanz zu berechnen. Hätte eine Wand z.B. einen U-Wert von 1 W/m2K — bei einer Temperaturdifferenz von 10° ergibt sich ein Wärmeverlust von 10 Watt pro Quadratmeter Wandfläche.

Offenzellige Produkte

Offenzellige Isolierung umfasst Produkte wie Mineral- und Schafwolle-Isolierung. Expandiertes Polystyrol (EPS) Isolatoren sind technisch ‚geschlossene Zelle‘ in ihrer Struktur, aber ihre Leistung ist vergleichbar mit einem offenen Zellmaterial aufgrund der Verknüpfung über die Struktur der Lufteinschlüsse, die die geblasenen Zellkügelchen umgeben, die das Wesen seiner Zusammensetzung sind.

Die folgende Grafik zeigt ein geschnittenes Kernbild eines typischen Glaswolleprodukts, überlagert mit einer Darstellung der Millionen und Abermillionen (pro Quadratmeter) offenzelliger Lufteinschlüsse, die während der Herstellung entstehen. Während der Herstellungsprozess Luft in den Kern der Glasfasern drückt, wird ein zuvor eingebrachtes Bindemittel aktiviert, um eine Matrix zu bilden, die die Zusammensetzung miteinander verbindet. Dies erzeugt die ‚Federbelastung‘, die mit Mineralwolle-Isolierung verbunden ist, so dass es seine Form und Dicke nach der Kompression wieder zu erlangen.

Die offene Zellnatur der Matrix ermöglicht eine Luftmigration durch ihren Kern, aber der Weg ist gewunden und daher ist der Wärmeverlust aufgrund von Konvektion minimal. Das Funktionsprinzip besteht in der Bildung so kleiner Lufteinschlüsse, dass die Luftbewegung virtuell, aber nicht vollständig zum Stillstand gebracht wird.

Ein Material kann nur Wärme abstrahlen, die es aufnehmen kann. Die Glasstränge und ihr Bindemittel sind schlechte Wärmeleiter, so dass der Wärmeverlust durch Strahlung als vernachlässigbar angesehen wird.

Trockene Luft ist ein gutes Isoliergas. Wenn also bei offenzelligen Produkten eine Kontamination der Kernluft durch Wasserdampf verhindert werden kann (unter Verwendung von Dampfkontrollbarrieren), begrenzen die ultrakleinen Lufteinschlüsse die Luftbewegung erheblich.

Geschlossenzellige Produkte

Zu den geschlossenzelligen Isolatoren gehören Produkte wie extrudiertes Polystyrol und chemische Schaumplatten. Die Closed-Cell-Technologie nutzt die kontrollierte Einleitung von Gasen (Treibmitteln) während der Herstellung, die eine viel dichtere Matrix einzelner Zellen bilden als Glaswolle oder EPS. Die Zellen werden als Blasen des Gases gebildet, deren Wärmeleitfähigkeit deutlich geringer ist als die von Luft. Kombinieren Sie dies mit der Unfähigkeit von Wasserdampf, die Zellen leicht zu kontaminieren, und dies sorgt für ein deutlich leistungsfähigeres Isolationsmittel. (NB: Die Matrix einiger chemischer Schaumdämmstoffe kann im Laufe der Zeit durch die Anwesenheit von Wasser oder Wasserdampf zerfallen.)

Die Zellwände sind extrem dünn, was die Leitung begrenzt, aber gasdicht ist. Die dichte zelluläre Zusammensetzung schränkt das Potenzial für Gasbewegungen weiter ein, da es sich nur innerhalb der Grenzen seiner enthaltenden Zelle und nicht zwischen Zellen bewegen kann. Wie bei offenzelligen Materialien wird der Prozess der Wärmeübertragung von der warmen zur kühlen Seite durch eine Kombination aus Wärmeleitung über die Zellwände und begrenzter Konvektion über das Zellgas beeinflusst.

Der Wirkungsgrad des Materials ist über die Fläche einer ungebrochenen Platte sehr hoch und effektiv, wird jedoch durch schlechte Verarbeitung beim Schneiden und Fügen von Platten erheblich reduziert.

Um die Langzeitleistung zu verbessern, stellen Hersteller Schaumstoffplattenprodukten insbesondere eine glänzende Folienschicht gegenüber. Dies minimiert die Kontamination durch Wasserdampf, indem es als Dampfsperre wirkt und gleichzeitig Strahlungsenergie zurück in das Gebäude reflektiert. Das Verkleben von Folienplatten mit einem Folienband kann die Dampfkontrolle verbessern, obwohl es wenig Einfluss auf eine schlecht konstruierte Verbindung hat, die nicht konstant dicht ist.

Installation vs Leistung

Isolationshersteller produzieren technische und werbliche Literatur mit einer Vielzahl von Zahlen, die verwirrend sein können, und nicht alle Hersteller präsentieren ihre Leistung auf die gleiche Weise.

Leistungsmessungen basieren normalerweise auf Labortestergebnissen. Solche Ergebnisse werden von den Bauplanern und den gesetzgebenden Körperschaften wie den Bauaufsichtsbehörden allgemein akzeptiert.

Dies ist jedoch nicht dasselbe wie ein Vor-Ort-Test. Keine zwei Situationen vor Ort bieten genau die gleichen Bedingungen, so dass Tests nur durchgeführt werden können, um einen Vergleich zwischen verschiedenen Isolationsprodukten unter genau den gleichen Bedingungen zu ermöglichen. Daher veranschaulichen Hersteller die Leistung in Vertrieb und Fachliteratur, indem sie die perfekte Installation beschreiben, bei der die Verbindungen perfekt hergestellt sind, die Isolierung gleichmäßig durchgehend ist und alle Toleranzen millimetergenau sind. Jeder, der auf einer Baustelle war, wird wissen, dass dies nicht die Realität widerspiegelt.

Zu diesem Zweck können Spezifizierer die Durchführung von Green Deal-Bewertungen zur Kenntnis nehmen. Das Diktat besteht darin, sich an die ‚goldene Regel‘ zu halten, dass die Kosten der vorgeschlagenen Energiesparmaßnahmen die prognostizierten Einsparungen durch den daraus resultierenden geringeren Energieverbrauch nicht übersteigen dürfen. Um dies sicherzustellen, verfolgen Green Deal Assessors (GDAs) in der Praxis eine sehr konservative Linie bei den prognostizierten Einsparungen und prognostizierten Einsparungen bei Berechnungen des Isolationsverbrauchs bei 75% der Leistungsdaten des Herstellers.

Darüber hinaus können die Hersteller, während sie sich auf die Produktleistung konzentrieren, andere wichtige Probleme, die sich direkt auf die Leistung auswirken, wie die Spezifikation des richtigen Dämmstoffprodukts in Gebäudebereichen, die wahrscheinlich eine kalte und potenziell feuchte Umgebung erzeugen, z. B. Hohlräume im Unterboden, beschönigen.

Isolierung und Wasser vermischen sich nicht. Alle Isolationsprodukttypen sind in einem Bereich von vernachlässigbar (z. B. extrudiertes Polystyrol (XPS)) bis stark beeinträchtigt (z. B. Wollisolationsmittel) betroffen. Der Grad des Kompromisses hängt vom Grad der Kontamination ab. Jede Umgebung, in der Wasserdampf ohne Gefahr einer schnellen und vollständigen Verdunstung oder des Vorhandenseins physischer Wassertropfen selbst vorhanden sein kann, verringert die Isolationsleistung. Einmal innerhalb der Matrix des Isoliermittels, leitet Wasser die Energie, die die Isolierung zu enthalten versucht. Je größer der Wassertropfen, desto größer die Leitung.

Wenn beispielsweise Glaswolle in eine Hohlraumwand mit voller Füllung eingebaut wird und eine der Hohlraumseiten des Mauerwerks unmittelbar vor dem Einbau des Isoliermittels Regen ausgesetzt war, verringert sich die potenzielle Isolationsleistung der fertigen Hohlraumwand. Wenn die Isolierung durchnässt werden darf, kann die Leistung negativ werden.

Nachhaltigkeit

Die Planer der gebauten Umwelt von heute stehen zunehmend unter Druck; umweltfreundlicher zu sein, eine kohlenstoffärmere Umwelt zu schaffen und sich in Richtung größerer Nachhaltigkeit zu bewegen. Die größeren Isolationshersteller haben erhebliche Maßnahmen ergriffen, um:

• Reduzieren Sie die Abhängigkeit von Rohstoffen.
• Recycling vor und nach der Herstellung.
• Reduzieren Sie die Verpackung und stellen Sie sicher, dass die Verpackung recycelbar bleibt.
• Reduzierung des Energieverbrauchs in Produktion und Transport.
• Haben Null Abfall auf Deponien Politik.

Hersteller vermarkten ihre Produkte als ’nachhaltig‘ unter der Prämisse, dass ihre Dämmprodukte über die Lebensdauer der Installation weit mehr Energie / Kohlenstoff einsparen, als es in der Herstellung gekostet hat.

Schlussfolgerung

Dämmstoffe sind auf ihre inhärente molekulare Zusammensetzung angewiesen, um die drei Formen der Wärmeübertragung – Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion — zu minimieren. Die größten Gebäudewärmeverluste entstehen durch Luftbewegung. Jeder sich bewegende Luftkörper entzieht einem Objekt oder einer Oberfläche, über die er strömt, Wärme. Der Wärmeverlust ist proportional zur Geschwindigkeit der bewegten Luft, der vorhandenen Wassermenge und der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Luft.

Je schneller die Luftbewegung über eine Wärmequelle erfolgt, desto schneller erfolgt die Wärmeübertragung. Das Vorhandensein von Wassertröpfchen wirkt als Beschleuniger für diesen Prozess, obwohl die Kontrolle über die Wasserdampfsättigung normalerweise ausgeübt werden muss, um Probleme durch Kondensation zu vermeiden.

Die Kondensation kann weitgehend kontrolliert werden, indem sichergestellt wird, dass der Wasserdampf in der Luft in der warmen inneren Umgebung enthalten ist. Dampfkontrollschichten auf der warmen Seite der Isolierung, die die Hülle effektiv gegen Luftmigration zwischen warmen und kühleren Zonen abdichten, sind die theoretische Lösung.

Aktuelle Materialtechnologie und sorgfältig überwachte Verarbeitung bei der Montage dieser Materialien können nahezu Null Luftleckage durch die isolierte Hülle erreichen, und in der Tat ist Passivhaus Design darauf angewiesen, während kontrollierte Belüftung verwendet wird, um kontaminierte Luft zu entfernen, Designprinzipien, die auf Verarbeitung angewiesen sind, um erfolgreich zu sein.

Bei der zellulären Konstruktion spezieller Dämmstoffe besteht das eigentliche Ziel darin, die Bewegung von Gasen innerhalb der Dämmkernmatrix zu verhindern, wodurch auch der Wärmeverlust infolge dieser Bewegung verringert wird.

Obwohl offenzellige Isolationsprodukte wie Wolle eine viel größere Luftmigration über sie ermöglichen und dies ihre Leistung einschränkt, bietet ihre flexible Konstruktion einen weitaus größeren Vorteil in Bezug auf die Qualitätskontrolle der Installationsverarbeitung. Aufgrund der Beschaffenheit des Materials führt die Verbindung zu einem sehr ähnlichen Ergebnis wie das Material selbst. Während steife Brettprodukte eine belastende Installationsprämiumsstrafe tragen, um die ‚Labortest‘ Präzisionsstandards des Herstellers des Verbindens zu erzielen.

Isolationsmaterialien mit einer dichteren, in sich geschlossenen Zellzusammensetzung bieten eine geringere Wärmeleitfähigkeit (λ-Wert) und damit einen höheren spezifischen Wärmewiderstand (R-Wert), um offenzellige Materialien zu übertreffen, die auf die Aufrechterhaltung trockener Luft in ihren Kernen angewiesen sind, um eine ultimative Leistung zu erzielen.

Es stehen offenzellige geschäumte Produkte zur Verfügung, die aufgrund ihrer Kernmatrixzusammensetzung eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ihre geschlossenzelligen Cousins aufweisen, aber Vorteile mit größerer Flexibilität zur Aufnahme von Gebäudebewegungen aufweisen, und eine Verschlechterung der Zellwände führt nicht zur Freisetzung des Gasgehalts.

Bei der Spezifizierung von Dämmprodukten sollte der Gebäudeplaner das Potenzial für Wasserverschmutzung und die Möglichkeit der Gasmigration innerhalb der Kernmatrix und die daraus resultierenden Leistungseinbußen berücksichtigen, die sich über die Lebensdauer des Gebäudes unbemerkt und unkontrolliert weiter verschlechtern könnten.

Es gibt leistungsstärkere Technologien auf dem Markt mit ‚Aerogelen‘ und ‚evakuierten Paneelen‘, aber die Leistung hängt von den gleichen Prinzipien der Wärmeübertragung ab und hat vorerst eine begrenzte Spezifikationsnische, die für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen weitgehend unerschwinglich bleibt.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Mark Wilson MCIAT verfasst, wobei das Urheberrecht zum Zwecke der Veröffentlichung auf Henry Stewart Publications übertragen wurde. Es war der Gewinner unseres Chartered Institute of Building-Backed Article-Wettbewerbs im Juni 2013.

Eine längere Version des Artikels wurde zuerst im Journal of Building Survey, Appraisal & Valuation, Volume 2 Number 1, April 2013, veröffentlicht von Henry Stewart Publications, London.

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