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Prinzip und Arten der Vakuumdämmung im Überblick

Wie funktioniert eine Vakuumdämmung? Was sind Vakuumdämmplatten? Für welche Dämmprojekte ist diese Dämmvariante geeignet? Welche Vorteile und Nachteile hat das Dämmen mit Vakuum?

Von einer Thermoskanne her weiß jeder, dass man mit einem materiefreien (umgangssprachlich: luftleeren) Raum prima Wärme isolieren, sprich: dämmen kann. Das in der Thermoskanne befindliche Getränk bleibt darin lange warm beziehungsweise kalt. Was bei der Thermoskanne seit ihrer Erfindung Ende des 18. Jahrhunderts klappt, wird heute auch zur Wärmedämmung mit einem Vakuum eingesetzt.

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Prinzip der Dämmung mit einem Vakuum

Laut der DIN Norm 28400 Teil 1 „Vakuumtechnik; Benennungen und Definitionen; Allgemeine Benennungen“ gilt: „Vakuum heißt der Zustand eines Gases, wenn in einem Behälter der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases niedriger ist als 300 Millibar, das heißt kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck.“

In der Thermoskanne, besser im Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter und der Hülle, unterdrückt der abgesenkte Gasdruck die Gaswärmeleitung. Die zylindrische Form der Kanne und das Material (Glas, Edelstahl, Aluminium) sorgen für Druckstabilität und somit für Formstabilität. Überträgt man das Prinzip auf flache Dämmplatten, muss man besondere Füllmaterialien einsetzen und den zu „evakuierenden“ Zwischen- beziehungsweise Hohlraum mit Hilfe besonderer Strukturen stabilisieren, um eine Vakuumdämmung herzustellen.

Eine andere Einsatzmöglichkeit von Vakuum zur Wärmedämmung ist die Verglasung. Fenster in herkömmlicher Bauweise sind zweifach verglast und lassen relativ viel Wärme hindurch: Raum- beziehungsweise Heizwärme von innen nach außen, Sonnenenergie von außen nach innen. Spezielle Isolierfenster bestehen heute aus drei Scheiben Glas, wobei eine oder zwei Innenseiten hauchfein mit einem Edelmetall beschichtet sein können und die Hohlräume / Zwischenräume mit einem Gas befüllt sind (Argon, Krypton).

Alternativ forscht man an Modellen, wo statt der Gasfüllung ein Vakuum im Scheibenzwischenraum herrscht. Hier ist der gasdichte Randverbund der Scheiben die große Herausforderung - ebenso wie ein hocheffizienter Fensterrahmen.

Produktauswahl von Vakuumisolationspaneelen zur Wärmedämmung von va-Q-tec (Foto: va-Q-tec AG)
Produktauswahl von Vakuumisolationspaneelen zur Wärmedämmung von va-Q-tec (Foto: va-Q-tec AG)

Vakuum-Dämmelemente eignen sich ob der geringen Materialstärke bei gleichzeitig hoher Dämmwirkungen insbesondere auch für die Gebäudedämmung u.a. bei der Dämmung von Flachdächern, Terrassen, Wände, Gauben oder auch denkmalgeschützter Gebäude.

Integration von Vakuum-Isolationspaneelen in einem Fenster-Fassadensystem (Foto: va-Q-tec AG)
Integration von Vakuum-Isolationspaneelen in einem Fenster-Fassadensystem (Foto: va-Q-tec AG)

Aufbau von Vakuum-Dämmungsplatten

Es gibt inzwischen sogenannte Vakuumdämmplatten bzw. sogenannte Vakuumisolationspaneele (VIP), die im Kern aus plattenförmigen, druckfesten gepresstem oder geschüttetem Kieselsäurepulver bestehen und mit einer speziellen Hülle ummantelt sind.

Vakuum-Füllung

Solche Kieselsäuren sind synthetisch produzierte Siliziumoxide (SiO2), die von Natur aus ein wichtiger Bestandteil von Sand sind. Sie sind ungiftig, recycelbar, brennen nicht und dünsten keine schädlichen Emissionen aus. Zudem besitzt das Material an sich schon eine geringe Gesamtwärmeleitfähigkeit (bei nanostrukturierten, pyrogenen Kieselsäuren in belüftetem Zustand beträgt die Wärmeleitfähigkeit 0,018 Watt pro Meter und Kelvin). Die Kieselsäurepressplatten (Presslinge) werden mit nahezu gas- und wasserdampfdichten Schichten umhüllt und dann evakuiert. Fertig ist die Vakuumdämmung, deren Dämmwerte fünf bis zehn Mal so gut ist wie die herkömmlicher Dämmstoffplatten.

Neben dem bereits erwähnten Kernmaterial Kieselsäurepulver (geschüttet oder gepresst) sind auch offenporige Polymerschäume wie Polyurethanschäume oder Polystyrolschäume (Styropor), Glasfasern und Aerogele als Kernfüllstoffe in Vakuumdämmungen im Einsatz. Welches Material letztendlich genutzt wird, hängt von den physikalischen Eigenschaften der Hülle ebenso ab wie von den Anforderungen, die sich aus der Anwendung im speziellen Dämmprojekt ergeben.

Neu entwickelte Vakuum-Dämmplatten mit aufgeblähtem Perlit-Pulver als Stützkern (Foto: FIW München / Bayerische Forschungsallianz)
Neu entwickelte Vakuum-Dämmplatten mit aufgeblähtem Perlit-Pulver als Stützkern (Foto: FIW München / Bayerische Forschungsallianz)

Vakuum-Hüllen

Als Hüllmaterialien für das Vakuum eignen sich Edelstahl, Aluminium und Glas. Verwendet werden demzufolge häufig mehrfach aluminiumbedampfte Kunststoffhochbarrierelaminate, Alu-Verbundfolien sowie Metallfolien beziehungsweise Metalbleche aus Edelstahl.

Kunststoffhochbarrierelaminate sind vielschichtige Folien. Mehrere Schichten von Polymeren – je nach Einsatzzweck und Bedingungen des Dämmprojekts Polyester, Polyamid, Polypropylen oder auch Polyethylen - werden mit zusätzlichen Schichten aus Aluminium, Aluminiumoxid oder Siliziumoxid kombiniert, um eine hohe Dichtheit zu garantieren. Bei einer Vakuumdämmung sind es typischerweise drei solcher Zusatzschichten, die auf die Polymerschichten kommen.

Aluminiumverbundfolien sind ein Verbund aus einer extrem dünnen Alufolie (sechs bis zwölf Mikrometer dick) in der Mitte und jeweils oben und unten einer Kunststofffolie.

Herstellungsprozess von Folien für Vakuum-Isolationspaneele (Foto: Hanita Coatings / Bayerische Forschungsallianz)
Herstellungsprozess von Folien für Vakuum-Isolationspaneele (Foto: Hanita Coatings / Bayerische Forschungsallianz)

Die Hüllen selbst (Sperrfolie) und die Siegelnähte sind Schwachstellen, die sich auf die Lebensdauer der Vakuumdämmung auswirken. Nach und nach dringt dort Gas ein. Laut Labortests, Praxistests, Simulationen und Schnellprüfverfahren hegen die Forscher jedoch die Hoffnung, dass die Wärmeleitfähigkeit von einer Vakuumdämmung auch über mehrere Dutzend Jahre hinweg nur geringfügig steigt.

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Baustoff- und Dämmeigenschaften von Vakuum-Platten

Die fertigen Vakuum-Dämmungsplatten werden in standardisierten, in der Regel rechteckigen Maßen von häufig 0,6 bis 1,2 Metern Länge und etwa 0,5 Metern Breite hergestellt. Die Dicke beträgt etwa 10 bis 50 mm. Da Zuschnitte nicht möglich sind, müssen die Vakuum-Elemente genau auf die zu dämmende Fläche passen. Dies kann im Bereich der Fassadendämmung mittels spezieller Optimierungsalgorithmen unterstützt werden, die eine ideale Belegung ermöglichen.

Trotzdem bleiben häufig im Bereich von Anschlüssen Teilflächen übrig, die mit herkömmlichen Dämmstoffen aufgefüllt werden müssen. Die Wirkung der Vakuumdämmung wird dabei jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt.

Tabelle: Baustoff- und Dämmeigenschaften von Vakuumdämmplatten
KennzahlWerte
Anwendungstyp nach DIN V 4108-10DAD, DAA, DZ, DI, DEO, WAB, WH, WI
Rohdichte in kg/m3170 bis 210
Bemessungswert Wärmeleitfähigkeit W/(mK)0,007 bis 0,009
Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl
Brandklasse nach DIN EN 13501-1B2 (DIN 4102-1)
Spezifische Wärmekapazität in J/(kgK)k.A.
Druckspannung in kPa (10% Stauchung)> 180
Zugfestigkeit in kPa (senkrecht zur Plattenebene)> 30
Dynamische Steifigkeit in MN/m3k. A.
Dimensionstabilität in %< 1 bis 3
Temperaturbeständigkeit in °C600

Vor- und Nachteile einer Vakuumdämmung mit Platten

Der Vorteil solch effizienter Vakuumdämmung: Sie erbringt den gleichen Dämmeffekt mit viel weniger Materialstärke als klassische Dämmplatten aus Styropor & Co. Der Einsatz der Vakuumdämmung macht also besonders dort Sinn, wo es auf platzsparende und/ oder hochleistungsfähige Dämmmaßnahmen ankommt.

Nachteilig ist auf den ersten Blick die Tatsache, dass man die Vakuumpaneele naturgemäß nicht vor Ort passgenau zuschneiden kann wie herkömmliches Dämmmaterial. Denn die Hülle solcher Vakuumisolierpaneele ist gegenüber mechanischen Einflüssen sehr empfindlich. Sobald sie Schaden nimmt, „entweicht“ das Vakuum – und die Dämmwirkung der Platte wird zunichte gemacht.

Experten-Wissen: Vakuumdämmungen bedürfen beim Einbau einer vorsichtigen Handhabung. Sie lassen sich z.B. nicht schneiden. Wird die Vakuumdämmung versehentlich angeschnitten und geht das Vakuum verloren, kann sich der Lambda-Wert um das Dreifache verschlechtern. Die Hochleistungsdämmung des Vakuums ist dann hinfällig.

Doch wenn alle am Dämmprojekt/ Bau beteiligten Gewerke bereits von der Planung an einbezogen werden, kann man von vornherein klären, ob die Vakuumdämmung in Standardmaßen verbaut werden kann oder nicht. Werden Sondermaße benötigt, muss man die von vornherein kennen und entsprechende Vakuumplatten als Maßanfertigung produzieren lassen. Einzelne Hersteller bieten zudem Vakuumdämmplatten an, die einen Polyurethan-Überstand besitzen, um die Platte besser an die baulichen Gegebenheiten anpassen zu können.

Vakuum-Dämmung Ultra VIP in vier Varianten an, von denen drei über zusätzliche Schutzlagen verfügen. (Foto: puren GmbH)
Um eine ideale Belegung zu ermöglichen, bietet puren die Vakuum-Dämmung Ultra VIP in vier Varianten an, von denen drei über zusätzliche Schutzlagen verfügen. puren Ultra VIP ist ein 40, 50 oder 60 mm dickes Kombi-Vakuumelement, das mit PU oben und/oder seitlich und granuliertem Kautschuk von unten umgeben ist. Das integrierte VIP-Element (Dicke 20, 30 oder 40 mm) in den Maßen 1000 x 600, 1000 x 300 und 600 x 500 mm ist speziell für Flachdächer und Terrassen konzipiert. Je nach Einbausituation hat das Element an der langen und/ oder kurzen Seite einen PU-Überstand, der bis 30 mm zugeschnitten werden darf und die exakte Anpassung an die baulichen Gegebenheiten ermöglicht. (Foto: puren GmbH)

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"Prinzip und Arten der Vakuumdämmung" wurde am 05.11.2019 das letzte Mal aktualisiert.