DE202013007528U1

DE202013007528U1 - Wärmeisolierung mit flexiblem Reflexionsmaterial

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Publication number: DE202013007528U1
Application number: DE202013007528U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2013-11-25
Anticipated expiration: 2023-08-22

Abstract

Wärmeisolierung mit Strahlungswärme reflektierende Folien zum Schutz gegen Wärme und Kälte, elektromagnetischen Wellen und radioaktive Gase in Gebäuden dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei flexiblen, spannbaren und sehr reißfesten Folien (5), (8) mit dazwischen 2 trennenden Luftschichten (4), (6) zwischen der raumseitigen Schichtenlage (1) aus Fußboden, Wandverkleidung und Unterdecke sowie der außen liegenden Gebäudekonstruktion (9) aus Bodenplatte, Wände und Decke besteht.

Description

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung von Reflexionsmaterial zur weitgehenden berührungsfreien Wärmeisolierung von Außenelementen wie Wand, Fußboden, Decke.
Dabei wird eine äußere Lage von einem hoch reflektierendem, dünnem, reißfestem Material direkt auf das zu isolierende Außenelement angebracht und eine zweite innere Lage zwischen der äußeren Lage und der Innenschale – einer Innenverkleidung bzw. Tragschicht (Fußboden) – locker bis straffgespannt in dem Luftzwischenraum angeordnet. Die Innenschale kann aus unterschiedlichem Material, z. B. Holz- oder Gipskartonplatten bestehen. Die innere Lage wird an den Umfassungselementen (oben und unten, auch seitlich an Zwischenwänden) oder an Befestigungselementen der Innenschale befestigt. Durch das Spannen wird ein ausreichender Luftspalt beidseitig von der inneren Reflexionslage gesichert.
Aufgabe der Erfindung
Die Energieverluste von Gebäuden müssen wegen des Umweltschutzes und der Kosten reduziert werden. Dazu werden bisher üblicherweise Dämmmaterialien auf die Außenwände, in die Dachkonstruktion und im Fußboden bzw. unter die Bodenplatte eingebaut. Wegen der vielen Nachteile wie Raumverlust, Unwirtschaftlichkeit, Brandgefahr, späteren Sondermüll wird mit neuen Materialien und anderen physikalischen Wirkweisen versucht, die Dicke zu reduzieren, Material zu sparen usw. Ein schon länger bekanntes Verfahren sind reflektierende Oberflächen, wobei die Reflexion wie eine Dämmung wirkt: Der reflektierte Strahlungswärmeanteil braucht nicht mehr gedämmt zu werden.
Hierbei kommen in jüngster Zeit Materialkombinationen mit dämmenden und reflektierenden Eigenschaften zum Einsatz (unvollständige Aufzählung: [Actis; Aluthermo; Isum; Lu..po.Therm; Refl@Therm; TAP; YPS]). Die Materialdicke liegt hier zwischen rd. 3 und 30 mm. Mit Luftpolsterfolien oder dünnen faserigen Matten zwischen den beiden außen liegenden Folien wird eine geringe Dämmwirkung und je nach Anordnung eine gewisse Formstabilität erreicht. Weitere reflektierende Folien können noch zwischen den Außenfolien angeordnet sein. Damit sind beträchtlich geringere Wärmedurchgänge erreichbar.
Die Vorteile wie geringe Dämmdicken, lange Beständigkeit sind offensichtlich und eine uneingeschränkte Wirkung scheinbar sicher. Dass es auch zu unerwünschten Begleiterscheinungen kommen kann, zeigt die Praxis. Ein Problem ist, dass die Reflexion sinkt, wenn Verbindungselemente oder Klebestellen vorliegen. Der Luftspalt muss dauerhaft und vollständig gewährleistet sein. Dort wo die Reflexion durch Berührung an der Innenschale unterbrochen wird, findet Wärmeleitung statt. Eine nur geringe Berührungsfläche führt zu einer überproportionalen, drastischen Reduzierung der Gesamtwirkung. Das Dämmsystem kann dadurch unwirksam werden:

– So drücken z. B. 5 cm breiten Leisten im Abstand von 50 cm zum Befestigen der Innenverkleidung die luftige Abstands- bzw. Dämmschicht über eine wesentlich bis mehrfach größere Breite als 5 cm zusammen. Sie erlauben den direkten Wärmefluss in die Leisten hinein und hindurch.
– Ein Aufbauschen von locker angeordneten Schichten führt zu flächenhaften Berührungen, was durchaus öfter als gehofft vorgefunden wird. Dies ist oft der Fall bei Dachschrägen, wo das Material durchhängen kann.
– Selbst 2fach auf Abstand angeordnete Folien mit je nur 3 mm Dicke, die sich sehr gut verarbeiten lassen, recht formstabil sind und keine lockeren Einzelschichten haben, können sich flächenhaft berühren. Dies ergibt sich besonders dann, wenn das Rollenmaterial am Ende der Rolle eine stärkere Wölbspannung hat, die durch die Herstellung oder lange Lagerung eingefroren ist. Die Wölbungen mit ihren Spannungen können kaum, selbst bei enger punktueller Befestigung noch gerade gebogen werden. Ein Spannen ohne Welligkeit oder flache Knicke ist auf der Baustelle nicht machbar bzw. praktikabel. Dann sind durchgängige Leisten erforderlich oder/und der Abstand zwischen den Schichten ist zu vergrößern.

Das Ziel ist, die Reflexionsmaterialien so auszuwählen und auszuordnen, dass

– keine unerwünschten und so wenig wie möglich konstruktive Kontaktstellen auftreten,
– damit eine maximale Reflexionswirkung ermöglicht wird,
– eine Kraftübertragung an Innenflächen (Wand, Fußboden) möglich ist und
– vorgefertigte Innenelemente eingesetzt werden können.

Lösung der gestellten Aufgabe
Die Lösung wird erreicht durch Optimieren von 2 Variablen:

(1) Materialauswahl dünn, selbst spannungsfrei, reißfest

(2) Anordnung minimale Kontakte bzw. Befestigungen,

die abzusichern sind durch

(3) Nachweis der gesamten Isolierungswirkung.
1. Material
Die Dicke des Materials spielt bei der Reflexion keine Rolle. Je dünner das Material, desto leichter sollte es verarbeitbar sein, es hat weniger Gewicht, weniger Volumen, geringere Eigenspannung. Andererseits ist es um so empfindlicher.
Das vom Erfinder gewollte Material existiert mit einer Dicke von 0,1 mm, ist UV-beständig, ist extrem hoch reißfest, hat eine sehr dünn beschichtete Alu-Folie. Damit kann es auch gespannt werden, extra Verstärkungen für Befestigungsmöglichkeiten sind möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, da es keinen übermäßigen insbesondere Zugkräften unterliegt. Die schon geringe Dicke der oben genannten Dämm-Reflexionsmaterialien mit rd. 3 bis 30 mm wird nochmals um eine bis zwei Größenordnungen (1 Zehntel bis 1 Hundertstel) reduziert und unterscheidet sich damit deutlich. Es ist nicht mehr formstabil, sondern bekommt die Stabilität durch die Vorspannung.
Eine Seite ist sehr gut reflektierend, die andere weiß beschichtet. Damit besteht die Möglichkeit, dass die Strahlungswärme verstärkt von der weißen Oberfläche „aufgesogen” wird, was sich günstig auf einen geringeren Wärmedurchgang auswirkt.
2. Anordnung
Die erste Schicht vom Reflexionsmaterial wird mit der Reflexionsschicht nach innen an/auf der (massiven) Außenschicht angebracht. Das kann punktuell, linienförmig bis flächenhaft, lose bis vollständig geklebt erfolgen. Diese außen angebrachte Schicht kann auch aus anderen reflektierenden Materialien bestehen.
Bei der zweiten maßgebenden dünnen Schicht ist zu unterscheiden, ob sie an der Decke hängt, im Wandaufbau oder im Fußboden angeordnet wird.

(1) Decke: Durch die hohe Reißfestigkeit wäre es in üblichen Räumen wie Wohnungen möglich, sie nur an den Deckenrändern oder seitlich oben an den Wänden befestigt ist. Sie hängt etwas durch. Ein größeres Durchhängen wird durch punktuelle Abhänger in der Fläche reduziert. Das kann an einzelnen Punkten der Abhängung von der Unterhangdecke erfolgen, die die Reflexionsfolie durchstoßen.
(2) Wand: Die Folien sind etwas länger, etwa 5 bis 10 cm als die Raumhöhe. Auf dem Fußboden und oben an der Decke sind sie etwas umgeschlagen. Dort sind sie punktuell oder mit einer Leiste arretiert. Damit hängen sie frei bzw. mit leichter Spannung bis auf den Fußboden herunter. Die Innenschale hat einen Mindestabstand bzw. zur Aufnahme von Leitungsinstallationen einen jeweils erforderlichen Abstand bis zur Folie. Sofern die Innenschale nicht selbsttragend ist, ist es problemlos möglich, die Reflexionsschicht an statisch notwendigen Punkten zu durchstoßen und eine Arretierung mit der Wand herzustellen. Dann können bei schon etwas tragfähiger Innenschale wie 25 mm OSB-Platte auch Lasten aufgenommen werden. Neben dieser Möglichkeit gibt es analog zum Fußboden eine montierbare Innenschale, siehe unten.
(3) Fußboden: Die übliche Folienanordnung ist im Fußbodenaufbau über der Bodenplatte. Hier liegt auf einer Schutz- bzw. Sauberkeitsfolie die äußere Schicht vom Reflexionsmaterial. Der weitere Fußboden hat die statisch erforderliche Tragfähigkeit zu gewährleisten. Er überträgt die Eigen- und Verkehrslasten nicht flächig auf die (Keller-)Decke oder die Bodenplatte (mit oder ohne Dämmung), sondern ähnlich wie bei Hohlfußböden über eine punktförmige Lastübertragung durch Stelzen. Anstelle von Platten wie Hohlraumböden liegen darauf je nach Tragfahigkeit z. B. Span- oder OSB-Platten. Sie sind etwa 15 bis 25 mm dick, einlagig oder kreuzweise zweilagig und haben vorteilhaft Nut und Feder. Die Last wird durch Tragklötzchen (7) (evtl. aus Restmaterial der Trag-Platten (1)) von ca. 1 × b = 50 mm × 50 mm und je nach erforderlicher Dicke (15 bis 25 mm und mehr, je nach Ebenheit) im statisch erforderlichen Rasterabstand von etwa 500 mm übertragen. An den Rändern ist die geminderte Durchlaufwirkung zu berücksichtigen.

Um die Reflexion zu gewährleisten, muss in Analogie wie bei der Wand (s. Bild 1) zwischen Folie (5) und Platte (1) ein minimaler, theoretisch schon < 0,1 mm ausreichend, praktisch etwa 5 bis 10 mm großer Abstand (4) sicher gestellt sein. Das kann auf verschiedene Art erfolgen:

a) Normal angelegte Folien (5) sind direkt mit den Tragklötzchen (7) an der Platte (1) befestigt, hängen minimal durch und bilden damit einen Reflexionsspalt. Dieser Abstand ist aber unsicher. Deshalb wird z. B. mittig zwischen (nicht unter) den Tragklötzchen (7) ein Distanzstück (3) gelegt, das die Folie (5) spannt und den Reflexionsraum zur Platte (1) sichert.
b) Zwischen Platte (1) und jedem Tragklötzchen (3) ist noch eine dünnere Zwischenlage (3) mit einer Dicke von etwa 5 mm. Darüber liegt dann möglichst straff die Folie (5).

Da es sich hier um die Darstellung einer Anordnung und Wirkweise handelt, ist die Herstellung dieser Fußbodenplatten zweitrangig, jedoch soll ergänzend auf eingegangen werden:

(a) Ehe die Tragklötzchen (7) auf der Trag-Platte (1) befestigt werden, sind zuerst an der gleichen Stelle und im gleichen Raster ca. 5 mm dicke Unterlagen (3) aus Sperrholz oder anderem geeignetem Material z. B. anzuheften oder anzukleben.
(b) Das kann am besten auf einem Montagetisch erfolgen. Hilfreich sind hierbei Schablonen.
(c) Darauf wird eine Reflexionsfolie (5) gelegt, die vorher zugeschnitten wurde und allseits ca. 10 mm größer als das Rastermaß der Trag-Platte (1) ist. Die Reflexionsfolie (5) ist eben, sauber, und lässt sich straff über die gesamte Trag-Platte (1) auslegen und wölbfrei spannen.
(d) Durch die Unterlage (3) wird gewährleistet, dass ein Abstand der Reflexionsfolie (5) von ~5 mm vorliegt.
(e) Dann werden die Tragklötzchen (7) evtl. vorgebohrt aufgelegt und gegen Verrutschen gesichert. Dieser Vorgang a) bis e) kann vor Ort oder getrennt in einer Produktionshalle erfolgen.
(f) Zu besseren Stabilität (Scheibenwirkung) können direkt vor dem Einbau Nut und Feder mit einem Klebemittel bestrichen werden.
(g) Die so vorbereitete Trag-Platte (1) wird nur noch gedreht, die Tragklötzchen (7) zeigen nach unten. Eine Platte nach der anderen können beginnend in einer Raumecke an den Stirn- oder Längsseiten angesteckt werden. An der nächsten Wand angekommen wird das Reststück passend abgeschnitten und für den Anfang der nächsten Reihe genutzt. Außer an der letzten seitlichen Wand entsteht kein Verschnitt, der bei einem neuen Raum wieder zu Beginn genommen werden kann.
(h) Die überstehenden Folien (5) überlappen sich und gewährleisten, dass keine Fehlstellen für die Reflexion entstehen können. Die Tragklötzchen (7) sind so nahe am Rand zu positionieren, dass die überstehenden Folien (5) nicht durchhängen und unten aufstoßen.

Die für den Fußboden beschriebene Lösung gilt analog für den Wandaufbau. Die Unterlagen (3) ermöglichen hier den vertikalen Abstand der überstehenden Folien (5) von der Innenschale und von der Außenwand. Die Tragklötzchen (7) können in einem wesentlich größeren Abstand angeordnet werden, minimal nur nahe den 4 Eckpunkten, bei großen Platten noch einmal in der Mitte, um evtl. Schwingungen der Platte zu unterbinden.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, bei Wänden auf den Putz zu verzichten. Er wird ersetzt durch die Innenschale (OSB-Platte) (1).
Die gesamte zusätzliche Dicke kann bei der Wand bei rd. 20 bis 30 mm und im Fußbodenaufbau bei rd. 20 bis 40 mm liegen. Die Wirkung ist vergleichbar mit Dicken von > 400 bis weit über 1.000 mm herkömmlicher Dämmstoffe und einer Wärmeleitgruppe (WLG) 040.
Fast als unwesentlich, eigentlich aber sehr hoch zu bewerten ist die Eigenschaft der vorgeschlagenen Folien, indem sie eine sehr gute Sperre gegen Radon darstellen. Die Überlappungen der äußeren Folie (8) sollten aus diesem Grund verklebt werden, ganz besonders auf der Bodenplatte. Es ist nicht zu unterschätzen, welche Mengen an Radon aus den irdenen Baustoffen exhalieren können. Dies wird gewöhnlich unterschätzt, verniedlicht oder verdrängt. Der Erfinder kann dies mit gutem Recht so darlegen, da er über zwei Jahrzehnte sich mit Radonschutz und unter anderem Exhalationsmessungen beschäftigt hat. Wegen Energiesparen wird weniger gelüftet und die Luftwechselrate geringer. Der Energiespareffekt bewirkt nachweislich höhe Schadstoffkonzentrationen, insbesondere auch mit Radon. Das ist lange bekannt, wird aber nicht dementsprechend beachtet.
3. Nachweis
Die Prüfung des Wärmedurchgangs dieser dünnen Folien erfolgt nach einer neuen Methode zur Bestimmung des Durchgangs von Strahlungswärme [Horn13]. Sie beinhaltet eine Versuchsanordnung und ein Mess- sowie Auswerteverfahren zur Bestimmung des Wärmedurchgangswiderstandes und der Phasenschiebung von Materialien in Bezug auf deren Strahlungswärmeaufnahme, Wärmeleitung und Wärmeabgabe.
Mittels einer Wärme abgebenden Fläche gelangt Strahlungswärme auf eine parallel zugeordnete Prüfkörperfläche, wodurch sich auch auf deren abgewandten Seite die Oberfläche erwärmt und wiederum Wärme abgibt. Temperaturdifferenzen von den beiden Oberflächen erlauben, den Wärmedurchgangswiderstand zu berechnen.
Die Messungen erfolgten in einem temperierten Prüfraum. Alle Raumoberflächen und Gegenstände einschließlich des Probenmaterials sind anfangs etwa z. B. 20°C warm. Bei 20°C-warmen Oberflächen im Raum liegt im Raum eine Wärmestrahlung von 809 W/m² an. Sie errechnet sich gemäß den Planckschen Messergebnissen als polarisierte Hohlraumstrahlung zu [Meier09]: q_rs = 2·σ·ε·T⁴ [W/m²] mit

q_rs: radiative Strahlungsleistung eines „grauen Körpers”, W/m²
T: absolute Temperatur in K
σ: Stefan-Boltzmann-Konstante 5,67 × 10^–8 W/(m²K⁴)
2: Faktor für polarisierte Hohlraumstrahlung
ε: Emissionsgrad, 0,93 (–)

Die oben zugrunde gelegte Reflexionsfolie wurde wie in der Praxis doppelt angeordnet. Die Auswertung ergab einen äquivalenten Wärmedurchgang von 0,020 W/(m²K). Bei einem Sicherheitsfaktor von 3 ergibt sich daraus eine äquivalente Dämmdicke von 0,68 m (bei WLG 040).

Dieser Wert ist völlig ausreichend und erfüllt damit die Forderung für eine Wärmeisolierung von Gebäuden nach der EnEV 2009, Passivhäuser und auch Energie-Plus-Häuser. Literatur

Actis	www.3-daemmsystem.ch
Aluthermo	www.aluthermo.be
Isum	www.bau-effizient.de/isum.html
Horn13	Horn Wolfgang. Verfahren zur Bestimmung des Wärmedurchgangs und der Phasenverschiebung von Materialien
Lu..po.Therm	www.LPS-GmbH.com
Meier09	Meier Claus. Phänomen Strahlungsheizung. expert verlag, 2. Auflage 2010
Refl@Therm	www.holzbausysteme.de
TAP	www.taptelion.de
YPS	www.ybsinsulation.com

Bezugszeichenliste

1: Innenverkleidung, z. B. Span- oder OSB-Platte mit Nut und Feder
2: Befestigung (Klammer, Nagel...)
3: Unterlage zum Spannen
4: Luftspalt ca. 5 mm
5: Innere Reflexionsfolie
6: Luftspalt ca. 10 bis 30 mm
7: Stützelement – zur Lastübertragung an Wand, analog zur Bodenplatte
8: Äußere Reflexionsfolie
9: Außenwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.3-daemmsystem.ch [0023]
www.aluthermo.be [0023]
www.bau-effizient.de/isum.html [0023]
Horn Wolfgang. Verfahren zur Bestimmung des Wärmedurchgangs und der Phasenverschiebung von Materialien [0023]
www.LPS-GmbH.com [0023]
Meier Claus. Phänomen Strahlungsheizung. expert verlag, 2. Auflage 2010 [0023]
www.holzbausysteme.de [0023]
www.taptelion.de [0023]
www.ybsinsulation.com [0023]

Claims

Wärmeisolierung mit Strahlungswärme reflektierende Folien zum Schutz gegen Wärme und Kälte, elektromagnetischen Wellen und radioaktive Gase in Gebäuden dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei flexiblen, spannbaren und sehr reißfesten Folien (5), (8) mit dazwischen 2 trennenden Luftschichten (4), (6) zwischen der raumseitigen Schichtenlage (1) aus Fußboden, Wandverkleidung und Unterdecke sowie der außen liegenden Gebäudekonstruktion (9) aus Bodenplatte, Wände und Decke besteht.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (5) aus einem bis 0,1 mm dünnen, flexiblen, hoch reflektierenden, reißfesten, spannbaren und dadurch gut flächig formstabilen, UV-beständigen Kunststoff-Aluminium-beschichteten Verbundmaterial besteht.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Folie (8) aus a) dem gleichen Material wie die innere Folie besteht oder b) einem mit vorwiegend einschichtig bis rd. 5 mm dick aufgeprägten Luftbubbles, hoch reflektierenden, gut anschmiegsamen und dadurch gut formstabilen Kunststoff-Aluminium-beschichteten Verbundmaterial besteht.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Folie (8) nahezu glatt mit geringen Wölbtoleranzen von vorzugsweise < 5 mm, maximal < 10 mm auf der Innenseite der außen liegenden Konstruktion (9) punktuell oder bis vollflächig, lose oder bis voll verklebt anliegt bzw. befestigt ist.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (5) frei über a) die gesamte Wandfläche mit ausreichendem Abstand vor der Innenverkleidung gespannt wird, befestigt an den Rändern wie oben an Decke, unten auf Fußboden und erforderlichenfalls seitlich an Zwischenwänden; und b) die gesamte Deckenfläche gespannt wird, befestigt – an den Seitenwänden unter der Decke und erforderlichenfalls an Abhängern der Unterhangdecke zum Reduzieren der Spannkraft und des Durchhangs oder – generell an den äußeren und erforderlichenfalls an inneren Deckenabhängern.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie im Fußboden durch die lastübertragenden Stützelemente an Tragelementen aus vorteilhaft Span- oder OSB-Platten mit Nut und Feder befestigt wird, indem a) ein Abstand durch Spannung erzeugt wird mittels ca. 5–10 mm hoher Formstücke, mit ca. 1 cm² Aufstandsfläche, eingelegt zwischen Platte und Folie und etwa mittig zwischen den lastübertragenden Stützelementen, oder vorzugsweise b) an den Befestigungsstellen der lastübertragenden Stützelementen in etwa gleich große, ca. 5 mm hohe Spannplättchen aus Sperrholz oder Unterlegscheiben angebracht werden, auf die die innere Folie aufgelegt wird und somit über die Stützelemente glatt gespannt werden kann.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1, 3 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (5) an Wandflächen an Innenverkleidungen (1) aus vorteilhaft Span- oder OSB-Platten mit Nut und Feder befestigt wird, indem statisch erforderlich lastübertragende Stützelemente (7), mindestens an den vier Eckpunkten angeordnet werden und den erforderlichen Reflexions-Luftspalt (4) durch Formstücke oder Spannplättchen (3) gewährleisten.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die inneren und äußeren Folien (5), (8) sich geringfügig, mindestens etwa 10 mm weit überlappen und damit eine lückenlose Reflexionsfläche bilden, die nicht verklebt sein braucht, und wegen der raumseitigen wärmeren Oberflächen – durch Strahlungswärme als Thermische Sperre wirkend – diffusionsoffen bleiben kann.
Wärmeisolierung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die inneren und äußeren Folien (5), (8) aus anderen hoch reflektierenden wie goldbedampften Materialien gebildet werden.