Revolutionäre Dämmung: Programmierbare Dämmstoffe sparen 50%

News | Frank Kessler | 21.10.2020
Revolutionäre Dämmung: Programmierbare Dämmstoffe sparen 50%
Foto: Fraunhofer IAP

Forscher entwickeln und testen aktuell innovative Schäume aus Formgedächtnispolymer als Dämmmaterialien. Diese auch als "programmierbare Dämmstoffe" bezeichnete Innovationen verändern ihre Form temperaturabhängig. Die ins Material integrierten Strömungskanäle schließen sich bei niedrigen Temperaturen und halten Wärme sehr gut im Haus. An wärmeren Tagen öffnen sie sich, sodass Luft die Kanäle durchströmt. Dadurch lassen sich bis zu knapp 50 Prozent der Energie für die sommerliche Kühlung einsparen.

Dass "programmierbare Dämmstoffe" auf Basis von Formgedächtnispolymer ein deutliches Energieeinsparpotenzial besitzen, haben die Forschungsteams der Fraunhofer-Institute mit Simulationen festgestellt. Simuliert wurde dabei der Einsatz der Dämmmaterialien für die hinterlüftete Fassade eines Mehrfamilienhauses in Madrid. Ein Ergebnis: Laut Professor Doktor Martin Krus vom Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP könnte die operative Raumtemperatur mit schaltbaren Dämmstoffen in den Sommermonaten um 2,5 Grad Celsius gesenkt werden. Damit ließen sich mit dieser Innovation bis zu 46 Prozent der für die Kühlung genutzten Energie einsparen.

Programmierbare Materialien verändern sich reversibel

Durchgeführt werden die Forschungen rund um programmierbare Dämmstoffe von den Fraunhofer-Instituten für Chemische Technologie ICT, für Bauphysik IBP und für Angewandte Polymerforschung IAP. Die alle Institute verbindende Klammer ist das Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials CPM.

Das IAP definiert programmierbare Materialien als "form- und funktionsdynamische Materialien, Materialverbünde oder Oberflächen, deren innere Struktur so beschaffen ist, dass sich die Materialeigenschaften und das Verhalten einem Programm folgend reversibel verändern können". Die Antwort der Materialien auf Signale wie beispielsweise veränderte Temperaturen wird dafür fest in die Materialstruktur einprogrammiert. Bei den programmierbaren Dämmstoffen handelte es sich um Schaumstoffe aus Formgedächtnispolymer wie Polyester-Urethan-Harnstoff. Das IAP hat für Tests passende Elemente entwickelt, die bei einem Einfamilienhaus die Hinterlüftung der Außenfassade ermöglichen. Sie schalten temperaturabhängig einen Spalt zwischen der tragenden Gebäudekonstruktion und der Außenschicht.

Das Fraunhofer ICT forscht an Verfahren für große Mengen

Die Temperaturen, die die Formveränderungen auslösen, werden bereits bei der Synthetisierung der Hightech-Schäume bestimmt. Für die Optimierung dieser Schäume wählen die Forscherinnen und Forscher passende Monomere (bestimmte reaktionsfähige chemische Verbindungen). Sie passen Rektionsbedingungen an und fügen der Formel geeignete Additive oder Füllstoffe zur Beeinflussung der Schaumstruktur hinzu. Dabei prüfen die Wissenschaftsteams auch den möglichen Einsatz biobasierter Rohstoffe.

Darüber hinaus entwickelt man am Fraunhofer ICT Verfahren zur Skalierung der Polymersynthese. Durch sie sollen programmierbare Dämmstoffe irgendwann in großen Mengen für industrielle Anwendungen produzierbar sein. Begonnen wurde das Projekt zur Entwicklung der innovativen Dämmstoffe am ersten Januar 2018. Damals startete das Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials. Es beschäftigt sich seither nicht nur mit der Dämmstoffforschung, sondern auch mit der Suche nach neuen Anwendungen.

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