Bodendämmplatten aus biogenen Reststoffen
Ziel des Projekts war die Entwicklung von Bodendämmplatten mit geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit aus Getreidespelzen, die als Nebenprodukt bei der Lebensmittelproduktion anfallen und nur begrenzt verwendet werden können. Die Entwicklung der Dämmplatten wurde in Zusammenarbeit mit der Holz-Lehmhaus GmbH durchgeführt und musste folgende Anforderungen erfüllen: geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe mechanische Festigkeit, Brandschutz (nicht brennbar, B1 nach DIN 4102), hohe Feuchtebeständigkeit und geringe Quellung bei Kontakt mit Wasser. Mithilfe eines mathematischen Modells wurden die thermodynamischen Eigenschaften der Dämmplatte, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit, optimiert. In den folgenden Labortests wurden die Eigenschaften der Platten validiert und mit bestehenden Lösungen verglichen. Die Ergebnisse des Projekts leisten einen wichtigen Beitrag zur Senkung des Energieverbrauchs von Gebäuden und somit zur Verringerung der CO2-Emissionen.
[1] „Energiedaten“; Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie; 2018 www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/energiedaten-gesamtausgabe.html; heruntergeladen am 31.01.2018
[2] „EnEV 2006“; Sahner; Tagungsbeitrag; Augsburg 2006
[3] „Strohgedämmte Gebäude“; D. Schrammer; Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.; Gülzow-Prüzen; 2013
Hintergrund und Motivation
In Deutschland werden etwa 20 % der Endenergie zur Wärmeversorgung von Privatwohnungen verwendet [1]. Etwa 80 % dieser Energie wird zur Wärmeversorgung von älteren Bestandsgebäuden (Baujahre 1980 und früher) benötigt [2]. Diese unsanierten Gebäude haben etwa den 5-fachen Heizwärmebedarf von modernen Wohngebäuden, die konform zur Energieeinsparverordnung (EnEV) sind. Folglich besteht der dringende Bedarf zur energetischen Sanierung von Gebäuden.
Zurzeit werden Gebäude hauptsächlich mit Polystyrol- oder Mineralwolle-basierten Dämmstoffen wärmegedämmt. Diese Stoffe besitzen zwar sehr gute Dämmeigenschaften (λ ≤ 0,04 W/mK), beinhalten aber große Energiemengen. Nach [3] wird zur Herstellung eines Quadratmeters einer klassischen (gemauerten) und gut gedämmten Wohnhauswand der Energiegehalt von ca. 40 l Öl benötigt. Eine Wand auf Holz-Stroh-Lehm-Kalk-Basis benötigt nach [3] nur etwa 15 % dieser Energie. Bei der Herstellung können also etwa 85 % der Energie durch die Verwendung von biologischen Materialien eingespart werden.
Derzeit verfügbare Bodenelemente aus biologischen Materialien weisen in der Regel entweder eine hohe mechanische Belastbarkeit bei relativ schlechten Dämmeigenschaften (Platten auf Holzbasis, OSB-Platten) auf oder verfügen über relativ gute Dämmeigenschaften bei geringer mechanischer Belastbarkeit, sodass eine aufwändige Unterkonstruktion notwendig wird. Zudem handelt es sich bei dem Großteil der genutzten biologischen Materialien nicht um Reststoffe, sondern um Materialien wie zum Beispiel Hanf und Schilf, die extra zum Zweck der Wärmedämmung produziert werden.
Ziel und Vorgehensweise des Projekts
In diesem Projekt sollten Bodendämmplatten entwickelt werden, die sowohl eine geringe Wärmeleitfähigkeit als auch eine hohe mechanische Belastbarkeit aufweisen. Basis der Bodendämmplatten w arenGetreidespelzen, die in großen Mengen als Nebenprodukt in der Lebensmittelproduktion anfallen und nur vereinzelt weiterverwendet werden können. Die Entwicklung der Dämmplatten erfolgte in Zusammenarbeit mit der Holz-Lehmhaus GmbH. An die Bodendämmplatten werden folgende Anforderungen gestellt:
- geringe Wärmeleitfähigkeit
- hohe mechanische Belastbarkeit
- Brandschutz (schwer entflammbar, B1 nach DIN 4102)
- hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit / geringes Aufquellen bei Kontakt mit Wasser
Um eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, wurde zunächst ein mathematisches Modell der Dämmplatte erstellt. Auf Basis des theoretischen Modells konnten variable Parameter wie zum Beispiel Spelzengröße und -dicke angepasst und hinsichtlich der thermodynamischen Eigenschaften und damit der Wärmeleitfähigkeit optimiert werden. Mit den Erkenntnissen des theoretischen Modells wurden Dämmplatten dann zunächst im Labormaßstab hergestellt und deren Wärmeleitfähigkeit nach ISO 8302, ASTM C177, EN 1946-2, EN 12664, EN 12667, EN 12939 vermessen und überprüft.
Die hergestellten Dämmplatten wurden anschließend in einem Druckmessstand auf mechanische Festigkeit geprüft. Entsprechend der Ergebnisse wurden Herstellungsverfahren, Zusammensetzung der Platten sowie das Bindemittel der Spelzen angepasst, sodass die Platten eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um ohne zusätzliche Unterkonstruktion als Bodendämmung eingesetzt werden zu können.
Neben der Wärmeleitfähigkeit und der mechanischen Festigkeit untersuchten die Forschenden das Brandschutzverhalten der Dämmplatten. Ziel war es, die Spelzen so zu behandeln, dass die Dämmplatten in die Brandschutzklasse B1 eingeordnet werden können und somit schwer entflammbar sind. Dazu ist die Zugabe eines Flammschutzmittels erforderlich, das auf Basis natürlicher Rohstoffe und unter Verzicht auf Brom-Verbindungen entwickelt werden soll, um ein durchgängig umweltfreundliches Produkt zu erhalten. Damit diese zur Bodendämmung in Innenräumen geeignet sind, darf das Quellverhalten der Dämmplatten bei eindringender Feuchtigkeit nicht zu Bauschäden führen. Deshalb wurde auch das Feuchteverhalten der Spelzen bzw. der Dämmplatten untersucht. Gegebenenfalls müssen die Spelzen mit geeigneten Zusätzen versehen werden. Alle Ergebnisse und Erkenntnisse der Untersuchungen im Labormaßstab wurden dann im Herstellungsverfahren unter Realbedingungen umgesetzt. Für die Produktion der Dämmplatten wurde außerdem ein besonders energieeffizientes Verfahren entwickelt.
Publikationen
Verbundprojektleitung (extern)
Projektbearbeitung
Partner
Adressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
