Dämmung mit Vakuumisolationspaneelen: Prinzip, Dämmwirkung & Kosten

• Vakuumisolationspaneele (VIP) sind Dämmplatten mit einer “luftleeren” Schicht - einem Vakuum. Das Vakuum verhindert den Wärmefluss so effektiv, dass eine VIP-Dämmung Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0,003 und 0,007 W/(m·K) aufweist. Sie dämmen damit etwa 10-Mal besser als konventionelle Dämmstoffe bzw. dämmen mit dem gleichen U-Wert mit einer deutlich geringeren Stärke.
• VIP beruhen auf dem Thermoskannen-Prinzip: Der Kern des VIPs besteht aus einem stützenden, offenporigen Material, das den Luftdruck abfängt. Die äußere Hülle sorgt dafür, dass das Vakuum erhalten bleibt und keine Gase eindringen. Aufgrund dieser Konstruktion müssen VIP vorgefertigt werden und können nicht vor Ort zugeschnitten werden.
• Wo kommen sie zum Einsatz? Da VIP in der Herstellung als auch Verarbeitung - VIP - deutlich teurer sind, kommen sie vor allem dort zum Einsatz, wo platzsparende Lösungen gefragt sind. Zu den Anwendungsbereichen zählen Gauben bzw. Erker, Flachdächer, Rollläden und Fensterlaibungen, Decken- und Fußbodendämmungen.
• Die Lebensdauer von Vakuumdämmplatten hängt von der Qualität der Hülle ab, die das Vakuum schützt. In der Regel kann eine VIP-Dämmung über mehrere Jahrzehnte (20-50 Jahre) halten, sofern sie unbeschädigt bleibt und keine Gase eindringen. Schäden an der VIP-Hülle führen zudem zur Verringerung bzw. Verlust der Dämmwirkung.
• Die Kosten für Vakuumisolationspaneele liegen deutlich höher als bei herkömmlichen Dämmstoffen. Sie beginnen bei etwa 150-200 € pro m², abhängig von der Dicke. Um die geforderten Dämmwerte nach GEG zu erreichen, könnte man eine 20 m² große Fassade mit VIP-Dämmplatten isolieren. Die Gesamtkosten für das Material würden sich auf etwa 3.000 bis 4.000 € belaufen.

Der Kern eines Vakuumpaneels muss verschiedenen Anforderungen gerecht werden: Auf die Oberfläche der Dämmplatte lastet der Luftdruck mit etwa 100.000 Newton pro Quadratmeter (N/m²). Dem gilt es standzuhalten. Außerdem muss der Stützkern evakuierbar sein, deshalb ist er aus einem offenporigen Material. Dabei gilt: Mit der Größe der Poren des Kernmaterials steigen auch die Anforderungen an das eingeschlossene Vakuum, um eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit zu erzielen. Die Anforderungen an das anliegende Vakuum bestimmt der sogenannte Halbwertsdruck: Das ist der Druck, der herrscht, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Luft in dem Material genau halb so groß ist wie die von ruhender Luft: 0,026 W·m⁻¹·K⁻¹.

Der Stützkern des Vakuumisolationspaneels muss also sowohl eine Druckbelastbarkeit als auch einen möglichst hohen Halbwertsdruck besitzen. Darüber hinaus sollte er eine möglichst niedrige Wärmeübertragung durch Festkörperwärmeleitfähigkeit sowie Wärmestrahlung haben. Gemäß diesen Anforderungen ergeben sich unterschiedliche Materialklassen, die das Zeug haben, als Stützkern zur Herstellung von Vakuumdämmplatten zum Einsatz zu kommen, wie die folgende Tabelle zeigt:

Die Hülle der Vakuumisolierplatten bestimmt maßgeblich ihre Qualität: Je größer die Zahl der Gasteilchen (Atome, Moleküle) ist, die durch die Hülle hindurch ins Innere der Platte diffundieren, desto schneller steigt der Druck im Vakuumisolierpaneel an. Die Gasteilchen vermindern die Fähigkeit der Platte, Wärme zu isolieren.

Vor allem gilt es, das Eindiffundieren von Wasserdampf zu verhindern, denn Wasserdampf trägt dazu bei, Wärme zu übertragen. Außerdem kondensiert er, sobald der sogenannte Sättigungsdampfdruck, den man auch Gleichgewichtsdampfdruck nennt, überschritten wird.

Die Hülle sollte jedoch nicht nur Gas beziehungsweise Wasserdampf abhalten: Im Einsatz als Dämmplatte darf diese auch nicht als unerwünschte Wärmebrücke fungieren.

Die Haltbarkeit von Vakuumisolierpaneelen aus Mikrofasern oder Kunststoffschäumen lässt sich deutlich verlängern, indem man als weitere Komponente einen Trockner oder Getter in die Platte integriert.

• Trockner haben die Aufgabe, den Wasserdampf zu binden, der durch die Plattenhülle eindringt.
• Getter binden chemisch die in der Luft enthaltenen Gasmoleküle, insbesondere die von Stickstoff und Sauerstoff. Die Atome sogenannter Edelgase wie Argon werden von Gettern dagegen nicht gebunden.

Und so funktioniert ein Getter: An der Oberfläche des Getters gehen die eindringenden Gasmoleküle mit den Atomen des Gettermaterials entweder eine direkte chemische Verbindung ein oder die Gasmoleküle werden nach dem Prinzip der sogenannten Sorption festgehalten. Anders ausgedrückt: Getter „fangen“ Gasmoleküle „ein“.

Die EU fördert derzeit mit rund fünf Millionen Euro ein Projekt namens INNOVIP. Dahinter verbirgt sich ein internationales Projektteam unter Koordination des Münchner Forschungsinstituts für Wärmeschutz e. V., das sich die Verbesserung aktueller Schwächen von Vakuumisolationspaneelen auf die Fahnen geschrieben hat. Dazu sollen innovative Technologien und neue Materialien entwickelt werden. Auch zusätzliche Features wie Anti-Schimmel-Beschichtungen und erhöhter Feuerwiderstand wurden gegenüber der Presse angekündigt.