Letzte Aktualisierung: 21.08.2020

Einsatz von Aerogel als Dämmstoff

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Was sind Aerogele? Wie wird Aerogel als Dämmung eingesetzt?

Mit den steigenden Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden werden immer leistungsfähigere Dämmstoffe entwickelt. Hierzu greift man u.a. auch auf Nanotechnologien zurück. Einer der so entwickelten Dämmstoffe ist das sogenannte Aerogel, das eine hohe Wärmedämmung bei gleichzeitig kleinem Volumen ermöglicht.

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Herstellung und Ausgangsstoffe von Aerogel

Aerogel (auch Nanogel genannt) wird hergestellt, indem einem gelartigen Stoff unter überkritischen Bedingungen bei hohen Temperaturen und/ oder hohem Druck der Flüssigkeitsanteil entzogen wird. Im Gel formen sich dann gasgefüllte Poren aus, die die Flüssigkeit ersetzen.

So entsteht ein sehr leichter Stoff mit hoher Dämmwirkung (nanoporöser Schwamm). Zur Herstellung von Aerogel eignen sich Silikat wie z. B. Kieselsäure oder Metalloxide wie z. B. Aluminium und Chrom und Kohlenstoffverbindungen. Je nachdem welcher dieser Stoffe eingesetzt wird, desto unterschiedlicher prägen sich die Dämmeigenschaften des Aerogels aus.

Material- und Dämmeigenschaften von Aerogel

Aerogel ist nahezu transparent, transluzent und temperaturstabil und weist im Verhältnis zu seinem Gewicht eine hohe Druckfestigkeit auf. Aerogele bestehen fast vollständig aus Poren. Die Porengröße liegt im Nanometerbereich und die inneren Oberflächen können mit bis zu 1000 m2 pro Gramm außergewöhnlich groß werden. Dadurch können Aerogele u. a. als Wärmedämmstoffe eingesetzt werden.

Zudem beruht der Wärmedämmeffekt von Aerogelen auf einer reduzierten Gas-Wärmeleitung, da die sogenannte freie Weglänge der Gasmoleküle in Aerogelen viel größer ist als der Abstand der Porenwände. So wird verhindert, dass Wärme durch Molekülzusammenstöße übertragen wird. Aufgrund dieser Eigenschaften ermöglichen Aerogele eine Dämmung überall dort, wo eine dünne, hochdämmende Schicht benötigt wird.

Übersicht der Dämmstoffeigenschaften von Aerogel
Kennzahl loses Aerogel-Granulat Aerogel-Dämmmatten
Anwendungstyp nach DIN V 4108-10 WZ WZ
DIN EN/ Zulassung bauaufsichtliche Zulassung k. A.
Rohdichte in kg/m3 75 bis 80 130 bis 350
Bemessungswert Wärmeleitfähigkeit W/(mK) 0,018 bis 0,021 0,014 bis 0,017
Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl 2 bis 3 11
Brandklasse nach DIN EN 13501-1 A1 A1
Spezifische Wärmekapazität in J/(kgK) 1000 bis 1500 1000 bis 1500
Druckspannung in kPa (10% Stauchung) k. A. 70
Zugfestigkeit in kPa (senkrecht zur Plattenebene) k. A. k. A.
Dynamische Steifigkeit in MN/m3 k. A. k. A.
Dimensionstabilität in % k. A. k. A.
Temperaturbeständigkeit in °C 600 600

Hier finden Sie weitere Erläuterungen zur Einteilung und Klassifikation von Wärmedämmstoffen.

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Dämmmatten und Dämmplatten auf Aerogel-Basis

Der Dämmstoff Aerogel ist zum einen in Form von Dämmmatten erhältlich. Die Bindung der Matten erfolgt durch aussteifende Faser- oder Vliesstrukturen. Vor allem aufgrund der mechanischen Flexibilität ergeben sich vielfältige Anwendungsgebiete im Bereich des Schall-, Wärme-, und Brandschutz. Matten sind üblicherweise bis zu 12 mm dick und werden gerollt auf der Baustelle angeliefert. Das Material kann u. a. zur Außendämmung von Fassaden (z. B. hinter vorgehängten Fassaden) eingesetzt werden.

Inzwischen werden Dämmmatten auch zu bis zu 100 mm dicken Platten verklebt und in Wärmedämmverbundsystemen eingesetzt. Einige Demonstrationsobjekte wurden bereits ausgeführt. Die geringe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht sehr geringe Materialstärken, was insbesondere für die Verwendung als Innendämmsystem Vorteile bietet.

Kerndämmung mit Aerogel als Granulat

Aerogele als Granulat werden auch im Bereich der nachträglichen Kerndämmung eingesetzt, da hier meist nur wenig Platz zwischen Trag- und Blendschale vorhanden ist und der Dämmstoff zusätzlich durch sehr kleine Einfüllöffnungen eingebracht werden muss.

Aerogele zur Einblasdämmung weisen gegenüber Perlite, Blähglas oder auch EPS-Granulat zudem den Vorteil auf, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 1 W/(m•K) aufweisen und so bereits bei geringen Schichtstärken den Wärmedurchgang signifikant reduzieren können. Wird eine Kerndämmung bereits während der Erstellung des Bauwerks geplant, so können auch Aerogel-Matten zur Dämmung zwischen der Trag- und Blendschale eingesetzt werden.

Aerogel-Dämmputze zur Außen- und Innendämmung

Eine weitere innovative Anwendung ist die Anreicherung von Dämmputzen mit Aerogelen. Ein solcher Hochleistungsdämmputz dämmt wesentlich besser als herkömmlicher Dämmputz - die Wärmeleitfähigkeit ist zwei- bis dreimal niedriger - und bietet daher gerade bei der energetischen Sanierung von Altbauten neue Möglichkeiten, auf engstem Raum zu dämmen ohne das Erscheinungsbild des Gebäudes verändern.

Hochleistungsdämmputze mit Aerogel erreichen z. B. in Innenräumen schon ab einer Schichtdicke von 20 Millimetern in den allermeisten Fällen bereits den Mindestwärmeschutz nach DIN 4108. Aerogel Dämmputz eignet sich insbesondere zum Dämmen

  • stark verwinkelter Räume,
  • hinter Heizkörpern,
  • in Leibungen innen wie außen oder
  • bei Rundungen.

Aerogel-Dämmputz punktet gerade dort, wo keine Dämmplatten angebracht werden können oder andere Dämmputze zu dick aufgetragen werden müssten.

Einer der ersten Aerogel Hochleistungsdämmputz ist der Fixit 222 Aerogel Hochleistungsdämmputz der schweizer Fixit AG. In dem auf Kalkbasis aufgebauten Hochleistungsdämmputz wird hauptsächlich Aerogelgranulat als Leichtzuschlag verwendet und erreicht eine Wärmeleitfähigkeit von 0,028 W/mK. Der Fixit 222 Aerogel Hochleistungsdämmputz wurde im Rahmen einer F&E-Projektförderung der Kommission für Technologie und Innovation KTI entwickelt und in einem mehrjährigen Projekt von Empa-Forschern und Fixit-Produktentwicklern zur Marktreife weiter entwickelt.

HECK AERO iP ist ein mineralischer, nicht brennbarer Aerogel-Dämmputz von HECK Wall Systems und kann sowohl zur Außen- als auch Innendämmung eingesetzt werden. HECK AERO iP lässt sich schnell und leicht von Hand oder per Maschinentechnik aufbringen und besitzt einen Wärmeleitwert von 0,0345 W/mk (Rechenwert 0,040 W/mK). Er ist zudem diffusionsoffen und bietet so Schutz vor Feuchteschäden und Schimmelbildung.

Zukünftiges Potenzial von Aerogel als Dämmstoff

Die Herstellung Aerogel ist aufgrund der notwendigen überkritischen Trocknung überdurchschnittlich energieintensiv und aufgrund bislang noch geringer Herstellungsmengen daher aktuell noch teurer als andere Dämmstoffe. Aufgrund seiner sehr guten wärmetechnischen Eigenschaften ist Aerogel trotzdem ein Dämmstoff mit großem Zukunftspotential.

Neben der Kostenreduktion im Herstellungsprozess muss zudem weiter an der langfristigen Dämmwirkung von Aerogelen, insbesondere der Witterungsbeständigkeit, und der Verarbeitung von Aerogelen auf der Baustelle auch hinsichtlich gesundheitlicher Aspekte geforscht werden.

Aerogele aus Holz

2018 haben Forscher der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TU HH) erfolgreich überwiegend ligninbasierte Aerogele hergestellt und unter anderem zu Dämmstoffplatten verarbeitet. Damit sind die Forscher der Herstellung reiner Lignin-Aerogele ein großes Stück nähergekommen.

Die Wissenschaftler nutzten das Lignin aus Buchenrestholz und Weizenstroh, das im Konsortium mit Hilfe zweier umweltfreundlicher Aufschlussverfahren - dem Organosolv- und dem Aquasolv-Verfahren - gewonnen wurde. Mittels fünf unterschiedlicher Gelierungsstrategien wandelten sie die Lignine dann in Aerogele um. Einer der erfolgreichsten Ansätze führte zu hybriden Lignin-Polyurethan-Aerogelen mit einer einstellbaren Dichte zwischen 50 und 250 kg/m3. Der massebezogene Ligningehalt liegt bei 78 Prozent, das Verfahren wurde bis in den Technikumsmaßstab skaliert.

Dämmplatten aus diesem Aerogeltyp erreichen eine Wärmeleitfähigkeit von 24 mW/m•K und übertreffen damit die Isoliereigenschaften von Polystyrol oder Steinwolle deutlich. Aussichtsreich sind auch ligninbasierte Resorcin-Formaldehyd-Aerogele mit Oberflächen von 500 m2/g und einem sehr breiten Spektrum einstellbarer Eigenschaften. Sie sind bis zu 70 Prozent ligninbasiert.

Aerogel als Mikro-Baustoff

Silica-Aerogele sind in der Praxis für ihr sprödes Verhalten bekannt, weshalb sie im Großmaßstab meist mit Fasern oder mit organischen bzw. Biopolymeren verstärkt werden. Aufgrund des spröden Bruchverhaltens ist es auch nicht möglich, kleine Stücke aus einem Aerogel-Block herauszusägen oder zu -fräsen. Auch das Erstarren von Aerogelen in miniaturisierten Gussformen gelingt nicht zuverlässig – was zu hohen Ausschussraten führt. Im Kleinmaßstab waren Aerogele daher bislang kaum einsetzbar.

Einem Team der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz ist es 2020 gelungen, mit Hilfe eines 3D-Druckers stabile, wohlgeformte Mikrostrukturen aus Silica-Aerogel herzustellen. Die gedruckten Strukturen des Silica-Aerogels können bis zu einem zehntel Millimeter dünn sein und weisen eine Wärmeleitfähigkeit von knapp 16 mW/(m*K) auf.

Gleichzeitig weist das neuartige, 3D-gedruckte Silica-Aerogel bessere mechanische Eigenschaften auf und lässt sich sogar bohren und fräsen. Dadurch ergeben sich vollkommen neue Einsatzmöglichkeiten wie z. B. kleinste elektronische Bauteile voneinander thermisch zu isolieren oder als Permeationspumpe aus einer ausgedruckten Aerogel-Membran („Knudsen-Pumpe“) zu verwenden.

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