Vakuumdämmplatte

Vakuumdämmplatten (auch Vakuumisolationspaneele, kurz VIPs) sind hocheffiziente Materialien zur thermischen Isolation, die das Prinzip der Vakuumwärmedämmung ausnutzen. Sie bestehen aus einem porösen Kernmaterial, das unter anderem als Stützkörper für das in der Vakuumdämmplatte vorliegende Vakuum dient und einer hochdichten Hülle, die einen Gaseintrag in die Dämmplatte verhindert. Mit Vakuumdämmplatten lassen sich Wärmeleitfähigkeiten von weniger als 0,004 W/mK realisieren, eine Vakuumdämmplatte mit 2 cm Dicke kann also eine Styroporplatte mit 20 cm Dicke ersetzen.

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Prinzip

Vakuumdämmplatten nutzen das Prinzip der Vakuumwärmedämmung aus, bei dem der Beitrag der Luftkonvektion zur Wärmeleitfähigkeit minimiert wird. Dafür ist nicht die Verminderung der Konzentration an Gasmolekülen an sich entscheidend, sondern vielmehr die Reduktion des Produkts aus Konzentration und mittlerer freier Weglänge der Gasmoleküle. Das genaue Prinzip ist im Artikel Vakuumwärmedämmung beschrieben.

Aufbau

Vakuumdämmplatten bestehen aus einem offenporigen Stützkern, einem hochdichten Hüllsystem und gegebenenfalls einem Material, das als Trockner beziehungsweise Getter zur Bindung von Gasmolekülen dient. Die unterschiedliche Zusammensetzung dieser Bestandteile beeinflusst den Dämmwert und die Lebensdauer der Dämmplatte.

Stützkern

Der Stützkern einer Vakuumdämmplatte muss verschiedene Anforderungen erfüllen. Zum einen muss er dem Luftdruck, der auf der Oberfläche der Dämmplatte lastet (10 Tonnen pro m²) standhalten. Zum anderen muss er evakuierbar sein, also aus einem offenporigen Material bestehen. Je größer die Poren des Materials sind, desto höher sind die Anforderungen an das anliegende Vakuum, um niedrigste Wärmeleitfähigkeiten zu erreichen. Die Anforderungen an das anliegende Vakuum werden über den Halbwertsdruck charakterisiert, das ist derjenige Druck, bei dem die Wärmeleitfähigkeit der Luft in dem Material genau die Hälfte der Wärmeleitfähigkeit von freier Luft (0,26 W/mK) beträgt. Neben der Druckbelastbarkeit und einem möglichst hohen Halbwertsdruck muss ein Stützkern einer Vakuumdämmplatte eine möglichst kleine Festkörper- und die Strahlungswärmeleitfähigkeit aufweisen. Verschiedene Materialklassen sind als Stützkern für die Herstellung von Vakuumdämmplatten geeignet:

Hülle

Die Lebensdauer einer Vakuumdämmplatte hängt entscheidend von der Qualität ihrer Umhüllung ab. Je mehr Gasmoleküle durch die Umhüllung diffundieren, umso schneller steigt der Druck in der Vakuumdämmplatte an, wodurch sich die Isolationseigenschaften verschlechtern. Zusätzlich zu den Gasmolekülen der Luft muss die Hülle auch den Eintrag von Wasserdampf verhindern, der ebenfalls Wärmetransport übernehmen kann. Neben der geringen Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit darf die Hülle keine zu große Wärmebrücke darstellen. Bei Verwendung von Aluminiumverbundfolien mit wenigen Mikrometern Stärke der Aluminiumschicht sind die Wärmeverluste über die Folie am Rand des Paneels schon in der selben Größenordnung wie der Wärmestrom durch die Vakuumdämmplatte. Standardmäßig werden deswegen metallisierte Kunststofffolien als Hüllmaterial verwendet. Diese haben mehrere Schichten von einigen Nanometern Aluminium aufgedampft. Die besten dieser metallisierten Folien erlauben eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten bei Stützkernen aus pyrogener Kieselsäure. Wenn die Hülle von Vakuumdämmplatten beschädigt wird geht ein Großteil der Dämmleistung des Paneels verloren.

Trocker und Getter

Bei Vakuumdämmplatten aus Mikrofasern oder Kunststoffschäumen kann die Lebensdauer entscheidend verlängert werden, wenn ein Trockner oder Getter in der Vakuumdämmplatte eingebracht ist. Trockner binden Wasserdampf, der durch die Hülle gelangt, Getter binden die Gasmoleküle der Luft auf chemischem Weg.

Einsatzgebiete

Vakuumdämmplatten werden überall dort eingesetzt, wo wenig Platz zur Verfügung steht, aber trotzdem hohe Dämmleistung erforderlich ist. Die Vakuumdämmplatte muss so in die Anwendung integriert werden, dass die Hülle des Paneels geschützt ist, um einen Verlust des Vakuums und somit eine dramatische Verschlechterung der Dämmleistung zu vermeiden. Einsatzgebiete sind:

• Transportboxen für Temperatursensitive Güter
• Kühl- und Gefriergeräte
• Boiler
• Kühlhäuser
• Gebäudedämmung, insbesondere Altbausanierung

Der Preis einer Vakuumdämmplatte liegt (noch) weit über dem Preis einer konventionellen Dämmung mit vergleichbarer Dämmleistung.

Qualitätssicherung

Die Dämmleistung einer Vakuumdämmplatte hängt entscheidend vom Innendruck in der Platte ab. Um eine gewisse Dämmleistung garantieren zu können muss dieser kontrolliert werden können. Bei sensitiven Anwendungen, bei denen der Verlust der Dämmleistung schwerwiegende Folgen hat (z.B. der temperaturgeregelte Transport von Biopharmaka in mit Vakuumdämmung isolierten Behältern) ist eine hundertprozentige Kontrolle des Gasdrucks in der Vakuumdämmplatte nötig.