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Neue Kunststoffe für WDVS: von EPS bis Aerogel

Wärmedämmverbundsysteme, kurz WDVS, sind immer wieder im Fokus des Architekturdialogs. Sowohl technisch als auch gestalterisch wird über die Sinnhaftigkeit der Nutzung diskutiert. Doch aus welchem Material bestehen die Dämmplatten überhaupt, wie funktioniert ihre Dämmwirkung? Roland Streng, Anwendungstechniker und Produktmanager der BASF, erläutert aus der Perspektive der langjährigen Markterprobung von expandierten Polystyrol-Schaumstoffen (EPS) die Entwicklung des Baustoffs vom Ursprung bis zum heutigen Forschungsstand und gibt einen Ausblick auf neuartige Aerogel-Dämmstoffe. Er erklärt die Parameter von Schaumstoff-Bauprodukten im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Ressourcenschonung und technischer Performance. Abgeschlossene und laufende Monitoringprojekte werden als Anwendungsbeispiele aus der Praxis herangezogen.

Einsatzgebiete von Schaumstoffen (Bildrechte: alle BASF)

Das Material EPS – Historie und Ausblick

Die Ursprünge der expandierten Polystyrol-Schaumstoffe reichen weit zurück. Bereits in den 1830er- und 40er-Jahren wurden erste Erkenntnisse zum Ausgangsmaterial Polystrol veröffentlicht. Seine industrielle Fertigung begann allerdings erst 1931 im IG-Farben-Werk in Ludwigshafen mit der Polymerisation von Monostyrol. Es bedurfte noch weitere 20 Jahre bis der erste Schaumstoff entwickelte wurde. 1951 ließ das Unternehmen BASF den Klassiker Styropor patentieren. Neben EPS bestehend aus den typisch weißen zwei bis drei Millimeter großen, zusammenhängenden Schaumkugeln kommt das dichtere XPS, ein feinporigerer extrudierter Polystyrol-Hartschaum, in verschiedenen Farben je nach Hersteller zum Einsatz. Geschätzt für seine unterschiedlichen Einsatzzwecke wurde Styropor von der BASF weiterentwickelt und 1998 als Neopor auf den Markt gebracht. Im Vergleich zum klassischen weißen Styropor fällt zunächst die graue Farbe des neuen Materials auf, die auf enthaltene Graphitteilchen zurückgeht. Das Graphit absorbiert und reflektiert die Wärmestrahlung, so dass sich heute Dämmstoffe aus Neopor gegenüber herkömmlichen EPS durch eine bis zu 20 % höhere Dämmleistung sowie eine Reduzierung des Rohstoffeinsatzes von bis zu 50 % auszeichnen. Der Praxistest des neuen Schaumstoffes fand in einem großen Revitalisierungsprojekt, der Quartiersmodernisierung des Brunckviertels in Ludwigshafen, statt. Die als Langzeitmonitoring angelegte Begleitstudie lieferte Ergebnisse zu technischen, ökologischen und ökonomischen Parametern, aber auch zu Aspekten des Wohnkomforts. Im Jahr 2009 wurde die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu getesteten Produkten durch die Einführung von Neopor 5000 noch einmal verbessert. „Damit“, so erläutert Roland Streng, „haben wir physikalisch das Optimum rausgeholt, was EPS an Wärmeleitfähigkeit leisten kann.“

Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von weißem und grauen EPS
Knudsen-Effekt

Vielfältiger Einsatz mit natürlichem Dämmprinzip
Charakteristisch für expandierte Polystyrol-Schaumstoffe sind ihre vielfältigen Einsatzgebiete wie im Dach, an der Fassade oder gegen den Trittschall im Bodenaufbau. Der Haupteinsatz liegt dabei klar in den Dämmebenen bei Wärmedämmverbundsystemen und Flachdächern. Die Frage nach dem Prinzip der Dämmeigenschaften beantwortet Roland Streng mit einem Verweis auf die Natur: „Ähnlich eines Pelzes besteht das Material aus vielen kleinen Volumen, die in ihrer Gesamtheit gut dämmen. Durch die Luft dazwischen entstehen unterschiedliche Wärmedurchgänge.“ Schaumstoffe aus EPS besitzen eine überwiegend geschlossenzellige Struktur und bestehen bis zu 98 % aus Luft, die in einer Polystyrolmatrix eingeschlossen ist. Der Isolator Luft bewirkt eine konstante niedrige Wärmeleitfähigkeit. Bei dem Material Neopor ist es gelungen, durch die Zugabe von Graphit den Wärmestrahlungsanteil weiter zur verringern und damit die Effiziens von EPS für die Gebäudedämmung weiter zu steigern. Graphit dient als zusätzlicher Infrarot-Absorber bzw. -Reflektor und reduziert damit signifikant den strahlungsbedingten Wärmedurchgang.

Aerogele: Dämmplatten der Zukunft
Die Entwicklungsfähigkeit der EPS-Schaumstoffe ist mehr oder weniger ausgereizt, so dass sich die Materialforschung der BASF auf neue Wege konzentriert. Erfolg verspricht dabei der Einsatz sogenannter Aerogele, das sind hochporöse Festkörper mit einem Porenanteil von bis zu 99,98 Prozent. Zugleich liegt ihre Zellporengröße im Nanobereich von unter 10 Mikrometern. Der sich einstellende Knudsen-Effekt erschwert den freien Gasmolekülen die Übergabe der von ihnen transportierten Wärme an die nächsten Moleküle. Auf diese Weise verringert sich der Zellgasanteil an der Wärmeleitung und die Dämmwirkung des Baustoffs verbessert sich um geschätze 25 bis 50 %. Gegenwärtig befinden sich laut Roland Streng die Forschungen an der Stufe zwischen Labor und Fertigungsanlage. Auch die weiteren Eigenschaften der neuen offenzelligen Dämmplatten lassen gegenüber herkömmlichen Baustoffen viel erwarten. Leichte Verarbeitbarkeit, guter Feuchtetransport und eine stark verbesserte Druckfestigkeit künden von einer neuen Generation leistungsfähiger Dämmelemente.

Eigenschaften der Aerogel-Dämmplatten

Praxistest Refurbishment
Die Quartiersmodernisierung des Brunckviertels in Ludwigshafen bildet das erste abgeschlossene Langzeitmonitoring-Projekt, dessen technische, ökologische und ökonomische Parameter sowie auch das Wohlbefinden der Bewohner über einen Zeitraum von zwölf Jahren analysiert wurden. Das Wohnviertel aus den 1930er Jahren erhielt 2001 eine umfassende und energetische Sanierung, bei der der Dämmstoff Neopor zum Einsatz kam. 12 Jahre nach der ganzheitlichen Modernisierung wurde das verwendete WDVS von unabhängigen Prüfinstituten im Hinblick auf Materialermüdung, CO2-Ersparnis und Amortisation überprüft. Die Analyse der Baustoffe im Langzeiteinsatz lieferte positive Ergebnisse: ein vorzeitiger Verschleiß des Materials war nicht zu erkennen und seine volle Funktionsfähigkeit konnte nachgewiesen werden. Aufgetretene Material- und Folgesschäden beruhten in erster Linie auf Verarbeitungsfehlern wie Armierungsführungen in der falschen Ebene oder vergessenen Abdichtungen. Diese lassen sich durch den damals noch nicht routinierten Umgang der Handwerksbetriebe mit dem Produkt erklären. Pro Jahr wurden durch die Gesamtmaßnahme 360.000 Liter Heizöl weniger benötigt, so dass in Summe eine CO2-Einsparung von 8.300 t in 10 Jahren erzielt werden konnte. Bezogen auf ein Dreiliter-Haus reduzierte sich die Amortisierungszeit durch steigende Energiekosten und fallende Preise für leistungsfähige Dämmsysteme von prognostizierten 30 Jahren auf nunmehr 15 Jahre. Zusätzlich zur technischen, ökologischen und ökonomischen Überprüfung beauftragte die BASF 2013 die Hochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen mit dem Institut für Internationales Trendscouting am Fachbereich Gestaltung mit einer Nutzerbefragung. Im Ergebnis bewerteten zwischen 80 und 90 % der heutigen Siedlungsbewohner ihre klimatischen Wohnverhältnisse und deren energetischen Standard als gut bis sehr gut.

Quartiersmodernisierung des Brunckviertels in Ludwigshafen

Praxistest Neubau
Den Ausblick in die Zukunft präsentiert Streng anhand einer zweiten Studie. Das Forschungs- und Bauprojekt BuildTog beschäftigt sich mit den europäischen Anforderungen an den passivhausähnlichen Wohnungsneubau. Hinter dem Projekt stehen neben BASF als weitere Initiatoren das europäische Netzwerk von Wohnungsbaugesellschaften EURHONET, der französische Architekt Nicolas Michelin mit seinem Architekturbüro A/NM/A und das deutsche Energieberatungsunternehmen LUWOGE consult. Der Dämmstoff wird hier im Kontext des Neubaus eines Mehrfamilienhauses in Passivhausbauweise erprobt, dessen entwickelter Grundtyp in Modifikationen in unterschiedlichen europäischen Ländern angeboten werden soll. Ein Prototyp des Hauses wird derzeit in Darmstadt errichtet. Ziel ist es, eine neue Generation von Wohnhäusern zu schaffen und damit einen Beitrag zum aktuellen Architekturdiskurs zu liefern: höchste Energieeffizienz in Kombination mit kostengünstigem Bauen und qualitativ hochwertiger Architektur.

Forschungs- und Bauprojekt BuildTog: Prototyp in Darmstadt

Vortrag von Roland Streng, Anwendungstechniker und Produktmanager der BASF, im Rahmen der fünfteiligen Veranstaltungsreihe „Die Zukunft des Bauens“, veranstaltet von DETAIL research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMUB und BBSR am 13. März in Stuttgart zum Thema "Energieeffizientes Bauen

Kooperationspartner "Die Zukunft des Bauens"

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