A II. Magyar Passzívház Konferencián Varga Edit építész egy olyan forradalmian új hőszigetelésről beszélt, amelynek hővezető képessége a ma használt legjobb anyagok 1/10 értéke alatt van, vagyis λ=0,003 W/mK.

Az előadása után megkerestem és arra kértem, hogy az előadás anyagát megismerhessék azok is, akik nem tudtak jelen lenni. Akkor megígértem, hogy egy külön posztban szeretnék majd írni erről, az akkor megígért beszámolóra most kerül sor.

A megoldás a vákuumban rejlik?

avagy innovatív hőszigetelő rendszerek a passzívház építésben

Passzívház alatt olyan nagymértékben hőszigetelt épületet értünk, amely hagyományos értelemben vett fűtést alig vagy jobb esetben egyáltalán nem igényel. Ám éppen ezek a vastag hőszigetelő rétegek okozzák a szerkezeti részletek és kapcsolatok szintjén a legtöbb megoldandó problémát. A passzívházak külső falainak hőátbocsátási tényezője kisebb kell, hogy legyen, mint U=0,15 W/m²K. Ezen követelmény teljesítéséhez egy hagyományos, λ= 0,04 W/mK hővezetési tényezővel rendelkező hőszigetelő anyagot legalább 26 cm vastagságban kell beépíteni!

Ez a jelenség nem csak a passzív házakat érinti. Az egyre szigorodó energetikai követelmények és a növekvő energiaárak következtében minden új épület tervezésénél, sőt a felújításoknál is egyre terjedelmesebb hőszigetelő réteg vastagságokkal, és nem is olyan régen még extrémnek számító hővédő üvegezésekkel találkozhatunk. A gyártók igyekeznek megfelelni a piac elvárásainak és nagy lendülettel szállnak versenybe egymással a minél jobb hőszigetelési teljesítménnyel bíró termékek kifejlesztésében. Stratégiájuk, hogy feszegetik a hagyományos építőanyagok fizikai határait. Bár az elért eredmények biztatóak (pl. EPS-032, PUR-028 stb.), minőségi változást egyelőre nem hordoznak magukban. A hőszigetelés világát olyan anyag vagy rendszer forradalmasíthatja, amely teljesítőképessége legalább egy nagyságrenddel nagyobb, mint az eddig ismerteké.

A vákuum a megoldás?

Az egyik legígéretesebb fejlesztési irány a vákuumtechnológia építőipari meghonosításával törekszik egy alapjaiban új hőszigetelési rendszer létrehozására.

A vákuum-hőszigetelés a hűtőszekrény és a közlekedési eszköz ipar számára kifejlesztett eljárás, és csupán pár éve áll az építőipar rendelkezésére. Lényege a vákuumnak, mint hővezetést gátló közegnek – mivel hőkonvekció nem lehetséges benne – különböző hőszigetelő szerkezetekben történő felhasználása. Eddig két fő építőipari alkalmazás jelent meg a piacon: a vákuum-hőszigetelőlemez (a továbbiakban VIP, mint Vacuum Insulation Panel) és a vákuum-üvegezés (a továbbiakban VIG, mint Vacuum Insulating Glass).

Mindkét alkalmazás hasonló elven működik. Egy légtömör külső „köpeny” belsejében evakuálás útján léghiányos állapotot, azaz vákuumot hoznak létre. Emiatt a köpenyre kívülről, a létrehozott vákuum mértékétől függő légnyomás nehezedik. Ezen nyomás felvételére a köpeny önmaga általában nem képes, ezért belsejében távolságtartó anyag vagy elemek elhelyezésére van szükség. Ezek a váz belsejében természetesen hőhídakat jelentenek, amik a vákuum hőszigetelési képességét jelentősen rontják, illetve korlátozzák.

A továbbiakban ezen két innovatív termék rövid bemutatása a cél.

A VIP

A ma forgalmazott „csupasz” (azaz külön védő réteg nélküli) vákuum-hőszigetelő lemezek 1-5cm vastag, max. 60×100 cm méretű táblák. Ezek, az építőiparban széleskörűen alkalmazható panelek két fő alkotórészből állnak. Az egyik egy tábla alakú, alacsony hővezetési képességgel rendelkező maganyag, amely nyomásálló és evakuálható. A másik egy burkoló fólia, amellyel a maganyagot körbeveszik, majd légmentesen lehegesztik. Az elkészült VIP felépítésében és megjelenésében nagyon hasonlít a vákuumcsomagolt, darált kávéhoz.

A különböző töltőanyagok közül a leghatékonyabb a pirogén kovasavporból préselt tábla. Ezen nanoporózus anyag pórusszerkezete ugyanis azonos nagyságrendben van az atmoszférikus nyomás alatti levegőmolekula méretével. A préselés során a nanogolyók közötti pórusok olyan kicsikké válnak, hogy a levegőmolekulák mozgását jelentősen gátolják.
Hővezetési tényezője így evakuálás nélkül is kétszer kisebb, mint a hagyományos hőszigetelő anyagoké (λ = 0,019 W/mK).

A teljes rendszer működésében nagy szerepet játszik a szigetelőfólia, amely a töltőanyagot körbeveszi. Nem csupán a vákuum – a rendszer élettartama alatt történő – megtartását biztosítja, hanem ez a tulajdonképpeni kapcsolat a környezet és a panel között, és így a VIP, teljes szerkezetbe történő integrációjáért is felelős.

A felhasznált burkolóanyagok több rétegű fóliarendszerek, amelyek közül az építőipar számára, hosszú távú stabilitásuknak köszönhetően, az alumínium tartalmú fóliák a legalkalmasabbak.

1. Ábra A vákuum-hőszigetelőpanel általános felépítése (Fotó: ZAE Bayern)

Az evakuálást és a burkolóköpeny lezárását követően a vákuum-panel elnyeri végső formáját és hővezetési-képességét. Az elkészült, átlagosan 5 mbar belső nyomással rendelkező panelek hővezetési tényezője (a felhasznált anyagok függvényében) λ= 0,008 és 0,005 W/mK közötti.

Ezzel hozzávetőlegesen ötször-nyolcszor jobb hővezetési tényezővel rendelkeznek, mint a hagyományos hőszigetelő-anyagok.

2. Ábra A VIP hőszigetelő képessége és tömege a vastagság függvényében (λ= 0,005 W/mK és Sűrűség = 160 kg/m3)

A vákuum-panelek jellemző felhasználási területe, amikor kevés hely áll rendelkezésre a hőszigetelés számára. Tipikusan ilyen például az épületfelújítások köre, de ide sorolhatóak például a függönyfalak parapetüvegezései is. Érthető módon egyre nagyobb teret hódít ugyanakkor az „extrém” hőszigetelésű szerkezetek világában és így a passzívház technológiában.

Fő felhasználási területek az építőiparban:

• Padlószerkezetekek, pincefödém
• Járható teraszok, lapostetők
• Üveghomlokzatok parapetelemei, külső ajtók töltőanyaga
• Belső oldali hőszigetelések
• Külső oldali homlokzati hőszigetelések, ablakkáva és redőnyszekrények utólagos hőszigetelése

3. Ábra Az üveg borítású parapetpanel hőátbocsátási tényezője, a belsejében elhelyezett 16 mm vastag vákuum-panelnek köszönhetően csupán U = 0,3 W/m2K. Ez 12 cm ásványgyapotnak felel meg. (Fotó és Ábra: VACUREX)

Az alacsony hővezetési tényező mellett azonban egyéb sajátosságokkal is rendelkezik ez az új építési technológia, amelyek nagyban megkülönböztetik az eddig ismert és „bejáratott” építési rendszerektől. Ilyen például a különleges érzékenység a mechanikai behatásokkal szemben, a nagyfokú előregyártási és méretkoordinációs igény, és nem utolsósorban a hőhidak fokozott szerepe és hatása a szerkezet összesített hőszigetelő-képességére. Ezen tulajdonságok az eddigiektől alapvetően eltérő gondolkodásmódot és eljárást igényelnek a tervezőtől, a kivitelezőtől, sőt az épületet használótól egyaránt!

A VIG

A vákuum- üvegezés lényege, hogy a hagyományos üvegezések nemesgáz töltését vákuum váltja fel. A kivitelezés persze közel sem ilyen egyszerű. A vákuum-üvegezésekben ugyanis nagyon alacsony, 0,001-0,0001 mbar nyomást kell elérni az evakuálás során, a megfelelő hőszigetelő képesség biztosításához! Ezáltal az üvegtáblákra nehezedő hatalmas atmoszférikus nyomást pedig az átlátszóságot nem korlátozó módon, távolságtartó elemekkel kell felvenni. Ezen speciális távtartó elemek finom rasztere (1000 db/m²), amely csupán közvetlen közelről vehető észre, a VIG egyik fő ismertetőjegye. Fontos különbség még a hagyományos üvegezésekhez képest a mindössze 7- 9 mm-es szerkezeti vastagság, és az ezzel járó kis súly.

Az alapkonstrukció lényege, hogy két, egyenként 4-6 mm-es síküvegtábla közül evakuálják a levegőt. Mindkét üvegtábla belső oldala hővisszaverő ún. low-e bevonattal van előzetesen ellátva, és távolságuk mindössze 0,2-1mm (!).

4. Ábra A vákuum-üvegezés felépítésének elvi sémája

A szerkezet gyenge pontját az üvegtáblák pereme jelenti, amelyek légtömörségét hosszú távon biztosítani kell. A peremek lezárásának eddigi leghatékonyabb módja fémlemezek segítségével történik. Bár az üveg-fém, és a fém-fém kapcsolat speciális hegesztőeljárások révén a vákuum-technológia számára megbízható módon megoldható, ez a fajta kapcsolat mégis nagymértékű hőhidakkal jár.

5. Ábra Hőmérsékleteloszlás a vákuum-üvegezésben. Világosan kivehetőek a hőhídak a pontszerű megtámasztásoknál és az üvegperemnél.

Habár elviekben a kétrétegű vákuumüvegezéssel elérhető hőátbocsátási tényező U_g = 0,2 W/m²K, a technológia jelenlegi korlátai miatt a szintén remeknek mondható U_g= 0,5 W/m²K az alsó határ.

6. Ábra Vákuum-üvegezés (Fotó: ZAE Bayern)

A VIG-nek számos variációja létezik, illetve áll fejlesztés alatt a világ vezető üveggyáraiban.

Piacéretté várhatóan 1-2 éven belül válik. Reméljük, hogy addig sikerül kifejleszteni a hozzá illő, hasonlóan jó teljesítményképességű keretszerkezetet is.

További feladatok

Fontos megemlíteni, hogy mindezidáig a vákuum-rendszerek beépítése eseti, egyedi megoldásokon alapul. A különböző stratégiákat követő gyártók célkitűzései azonban mind abba az irányba mutatnak, hogy minél hamarabb kiforrott, megbízható alkalmazástechnológia álljon a tervezők és kivitelezők rendelkezésére.

Varga Edit | email | okleveles építészmérnök, diploma 2005-ben a BME építészmérnöki karán, szerkezettervezői szakon; 2006-tól a BME Épületszerkezettani Tanszék PhD-hallgatója, 2008-tól a Stuttgarti Műszaki Főiskola tudományos munkatársa.

[poll id=”19″]

a fenti szavazás már korábbi oldalakon is megjelent, onnan származik a szavazatok magas száma