Letzte Aktualisierung: 16.03.2017

Dämmung mit Vakuumisolationspaneelen: Aufbau, Dämmwirkung & Anwendungen

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Was ist ein Vakuumisolationspaneel? Wie funktioniert das Dämmen nach dem Vakuumprinzip? Welche Vor- und Nachteile haben Vakuumdämmplatten? Wo kommen sie zum Einsatz?

Vakuumisolationspaneele sind Dämmplatten, in die ein luftleerer Raum, ein Vakuum, integriert ist. Das transportiert keine Wärme, so dass sich trotz geringer Plattenstärke eine hohe Dämmwirkung realisieren lässt. Die noch recht teuren Vakuumdämmplatten kommen deshalb vor allem dort zum Einsatz, wo platzsparende Bauteile gefragt sind. Mit einer typischen Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,004 W·m−1·K−1 ersetzt eine Vakuumdämmplatte mit einer Stärke von nur zwei Zentimetern eine Dämmplatte aus dem derzeit noch weit verbreiteten Dämmstoff Styropor der zehnfachen Stärke.

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Vakuumisolationspaneele werden auch VIP genannt. Die Buchstaben stehen für den englischen Ausdruck „Vacuum Insulated Panel“. Die Dämmplatten dämmen nach dem Prinzip der Vakuumwärmedämmung, auch Thermoskannendämmprinzip genannt. Alternative Bezeichnungen sind Vakuumdämmplatten, Vakuumplatten, Vakuumisolierplatten, Vakuumdämmpaneele und Vakuumpaneele.

Aufbau von Vakuumisolationspaneelen

Vakuumisolationspaneele bestehen aus 

  • einem Kern
  • einer Hülle und
  • einem Getter.

Das poröse Kernmaterial, loses Material oder in Form von Pressplatten, dient als Stützkörper für das in der Vakuumdämmplatte integrierte Vakuum. Die sehr dichte Hülle verhindert, dass Gas in die Platte gelangt. Die Hülle ist insbesondere hinsichtlich der langfristigen Aufrechterhaltung des Vakuums von besonderer Bedeutung. Zum Einsatz kommen hier unterschiedliche Folientypen.

Mitunter kommt zudem ein sogenannter Getter zum Einsatz, dessen Aufgabe es ist, das Vakuum so lange wie möglich zu erhalten.

Der stützende Plattenkern

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:

Tabelle 1: Eigenschaften von Stützkern-Materialien (Quelle: Wikipedia "Vakuumdämmplatte")
Material Halbwertsdruck in mbar Wärmeleitfähigkeit in W·m−1·K−1 (bei Vakuum)
offenporige Kunststoffschäume 0,5 0,008
Microfasermaterialien 1 0,003
pyrogene Kieselsäuren 600 0,004
Perlite 2 0,006

Die Plattenhülle

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.

Nimmt man Aluminiumverbundfolien als Vakuumplattenhülle, deren Aluschicht nur wenige Mikrometer stark ist, dann sind die Wärmeverluste über die Folie am Rand des Paneels in etwa so groß wie der Wärmestrom, der durch das Vakuumisolierpaneel fließt. Deshalb kommen standardmäßig metallisierte Kunststofffolien als Hüllmaterial zum Einsatz. Die bestehen aus Kunststofffolien, die mit mehreren Schichten Aluminium bedampft werden, die jeweils nur wenige Nanometer stark sind. Alternativ sind es Laminate aus verschweißten Metall- und Kunststofffolien.

In hochwertiger Ausführung haben auf dies Weise metallisierte Folien eine Haltbarkeit von mehreren Jahrzehnten, wobei die Stützkerne aus pyrogener Kieselsäure beschaffen sind. Erleidet die Hülle eines Vakuumisolierpaneels einen Schaden, bricht das Vakuum ich seinem Innern zusammen und die Wärmeleitfähigkeit des Paneels steigt so hoch an, dass es quasi als Wärmedämmplatte unbrauchbar wird.

Der Getter

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“.

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Dämmwirkung und andere Eigenschaften von Vakuumisolationspaneelen

Die zum Verbau als Dämmplatte nötige Festigkeit und Steifigkeit resultiert bei einem Vakuumisolationspaneel aus dem im Innern des Paneels bestehenden Vakuum und dem von außen auf die Folie drückenden Druck. Ein Schaden an der Hülle mindert demnach auch diese Eigenschaften der Platte. Aufgrund ihrer spezifischen Beschaffenheit werden die Paneele vorgefertigt auf die Baustelle geliefert und dort lediglich verlegt. Die Planung und Ausführung einer Dämmung mit Vakuumisolationspaneelen muss daher detailliert vorgenommen werden, da sie sich vor Ort nicht mehr anpassen lassen. Sind zum Befestigen Aussparungen in den Paneelen nötig, müssen diese schon bei der Fertigung im Werk berücksichtigt werden.

Um die Widerstandsfähigkeit der Paneele zu erhöhen, haben die Hersteller teilweise 

  • extra Vliesschichten,
  • dünne Deckschichten aus Polystyrol
  • oder Gummigranulat

in ihre Vakuumisolationspaneele integriert. Ausgelegt als sogenanntes Sandwichelement, also als vorgefertigtes Bauteil, das bereits mit fertig eingebauten Fenstern und Bekleidungen daherkommt, wird das Risiko einer Beschädigung ebenfalls gemindert. Dieses Risiko ist auch der Grund dafür, dass man die Paneele in Fassaden häufig mit einer Leistenkonstruktion verarbeitet, die die Fassade in Kassetten unterteilt, die mit den Vakuumpaneelen gefüllt werden. Die Leisten bestehen aus PUR (Dämmwert: λ = 0,06 - 0,10 W/mK). Auf die Leisten kann die Fassadenbekleidung oder ein Wärmedämmverbundsystem (kurz: WDVS) montiert werden. Alternativ lässt sich ein WDVS auch direkt aufkleben und verputzen. Der verwendete Putzmuss zementfrei sein, da Zement die Barrierefolien der VIP angreifen würde.

Tabelle 2: Die wichtigsten Baustoff- und Dämmungswerte von Vakuumisolationspaneelen (VIP)
Kennzahl Vakuumisolationspaneele (VIP)
Anwendungstyp nach DIN V 4108-10 DAD, DAA, DZ, DI, DEO, WAB, WH, WI
Produktnorm nein
Rohdichte in kg/m3 170 - 210
Bemessungswert Wärmeleitfähigkeit W/(mK) 0,007 - 0,009
Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ
Brandklasse nach DIN EN 13501-1 B2 (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/m3 k.A.
Dimensionstabilität in % < 1 - 3
Temperaturbeständigkeit in °C k.A.

Typische Lieferformen und Anwendungen von Vakuumisolationspaneelen

Vakuumisolationspaneele lassen sich abhängig von der Größe der Schweißkammer bis zu einer Abmessung (Länge x Breite) von 3000 x 1250 mm herstellen. Dabei sind ein Großteil der produzierten Vakuumisolationspaneele Anfertigungen nach Maß. Übliche Lieferformate sind 600 x 500 mm, 1200 x 500 mm und 1000 x 600 mm. Lieferbare Dicken liegen im Bereich von 10 bis 50 mm. Zwischendicken sind möglich. Derzeit können ausschließlich rechteckige Plattenformate hergestellt werden.

Da Zuschnitte nicht möglich sind, müssen die Elemente genau auf die zu dämmende Fläche passen. Dies kann im Bereich der Fassadendämmung mittels spezieller Optimierungsalgorithmen unterstützt werden, die eine ideale Belegung bei möglichst geringer Diversität der Plattenformate errechnen. Trotzdem bleiben häufig im Bereich von Anschlusssituationen kleinere Teilflächen übrig, die mit herkömmlichen Dämmstoffen aufgefüllt werden müssen. Bezüglich des mittleren U-Werts des Fassadenaufbaus ist dies jedoch i. d. R. vernachlässigbar.

Vakuumisolationspaneele kommen vornehmlich dort zum Einsatz, wo Platz Mangelware ist und trotzdem eine gute Wärmedämmung erzielt werden soll. Das Vakuumpaneel muss verbaut werden, dass seine Hülle vor Schäden möglichst bewahrt wird. Für den Einsatz in Gebäuden muss daher eine bauaufsichtliche Zulassung für das Paneel vorliegen. Die Brandschutzauflagen gelten sowohl für die Kernmaterialien als auch die Hülle. Typische Einsatzmöglichkeiten sind: 

  • Kühlboxen oder Kühlcontainer, häufig in Kombination mit einem Latentwärmespeicher,
  • Kühl- und Gefriergeräte,
  • Flüssigkeitsspeicher (Boiler und andere)
  • Kühlhäuser,
  • Gebäudedämmung für Ultra-Energiesparhäuser,
  • Altbausanierung

Preislich liegen Vakuumisolationspaneele derzeit deutlich über konventionellen Wärmedämmplatten mit vergleichbarer Wärmedämmwirkung.

Aus den Forschungs- und Entwicklungslaboren von Vakuumisolationspaneelen

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.

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