Bodendämmplatten aus biogenen Reststoffen

Hintergrund

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 sie verfügen über relativ gute Dämmeigenschaften bei geringer mechanischer Belastbarkeit, sodass eine aufwendige 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.

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Abb. 1: Test-Platte aus einem studentischen Vorprojekt

Ziel und Vorgehensweise des Projekts

In diesem Projekt sollen Bodendämmplatten entwickelt werden, die sowohl eine geringe Wärmeleitfähigkeit als auch eine hohe mechanische Belastbarkeit aufweisen. Basis der Bodendämmplatten sind Getreidespelzen, die in großen Mengen als Nebenprodukt in der Lebensmittelproduktion anfallen und nur vereinzelt weiterverwendet werden können. Die Entwicklung der Dämmplatten erfolgt 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, wird zunächst ein mathematisches Modell der Dämmplatte erstellt. Auf Basis des theoretischen Modells können 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 werden Dämmplatten zunächst im Labormaßstab hergestellt und deren Wärmeleitfähigkeit nach ISO 8302, ASTM C177, EN 1946-2, EN 12664, EN 12667, EN 12939 vermessen und überprüft.

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Abb 2a: Plattenanalysegerät Taurus TLP 500 - X
Abb 2b: Plattenanalysegerät Taurus TLP 500 - X

Die hergestellten Dämmplatten werden anschließend in einem Druckmessstand auf mechanische Festigkeit geprüft. Entsprechend der Ergebnisse werden 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 können.

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Abb. 3: Vermessung der Dämmplatten im Druckmesstand

Neben der Wärmeleitfähigkeit und der mechanischen Festigkeit untersuchen die Forscherinnen und Forscher das Brandschutzverhalten der Dämmplatten. Ziel ist 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 wird 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 werden dann im Herstellungsverfahren unter Realbedingungen umgesetzt. Für die Produktion der Dämmplatten wird außerdem ein besonders energieeffizientes Verfahren entwickelt.

Quellen

[1] „Energiedaten“; Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie; 2018 https://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


Verbundprojektleitung

Maximilian Josef Jehle (Koordination)
Holz-Lehmhaus GmbH

Teilprojektleitung

Projektbearbeitung


Projektdauer

01.07.2019 - 30.06.2022

Projektpartner

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Förderprogramm

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