VIP og aerogel - En mulighetsstudie
Bachelor thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2610465Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
I takt med den globale oppvarmingen og et økt fokus på klima og miljø utvikler byggebransjen nye normer og krav for energieffektiv utbygging. Kvantitet og kvalitet på materialer som benyttes i byggebransjen er vesentlige faktorer i denne utviklingen. Vakuumisolasjonspaneler (VIP) og aerogel er isolasjonsmaterialer som sammenliknet med konvensjonelle varianter har overlegne termiske egenskaper. Materialene er nye på markedet og det eksisterer et behov for å kartlegge hvilke fremtidige muligheter de har for bruk i bygninger samt hvor godt de eventuelt vil fungere.
VIP og aerogel er begge materialer med svært høy porøsitet. Dette, kombinert med porestørrelser i nanoskala, gir en lav termisk konduktivitet. VIP benytter seg i tillegg av vakuum i porene som opprettholdes av en damp- og lufttett folie. Dette reduserer konduktiviteten ytterligere, på bekostning av at ulike foliematerialer resulterer i større eller mindre kuldebroeffekter langs kantene av panelene. Mens VIP kun kommer i form av innkapslede paneler, opptrer aerogel i form av både paneler, matter og granulater.
Gjennom et større litteratursøk i eksisterende studier av materialene er en rekke forutsetninger for bruk og dernest aktuelle bruksområder avdekket. Aerogel, særlig i form av matter, er mer fleksible og brukervennlige enn VIP som har en rekke forutsetninger for bruk. Panelenes folie er skjør og kan ikke perforeres. Derfor må de legges med beskyttende lag på hver side. Panelene vil i vertikale konstruksjoner måtte innfestes med skinnesystemer, lekter, vinkler eller lim. At panelene ikke kan perforeres innebærer også at de ikke kankuttes og tilpasses på byggeplass, slik at både enkle og kompliserte geometrier i bygningsdeler forutsetter ferdig utarbeidede planer for legging.
Superisolasjonen, i form av både VIP og aerogel, har til sammen et stort omfang bruksområder. På grunn av materialenes foreløpige høye pris kan en del av dem trekkes ut som mer aktuelle. Ved rehabilitering av eksisterende bygninger er det i mange tilfeller av både estetiske, praktiske og lovpålagte årsaker liten plass for etterisolering. Med superisolasjonens opptil ti ganger bedre varmemotstand enn konvensjonelle materialer er den i mange av disse tilfellene ikke bare attraktiv, men også nødvendig. For nybygg vil i områder med høy boligmarkedsverdi det innsparte arealet som følge av reduserte isolasjonstykkelser raskt kunne lønne seg.
Videre er det ved hjelp av det endimensjonale beregningsprogrammet WUFI® Pro gjort simuleringer for fukt- og varmetransport i tre ulike konstruksjonsvarianter. Konstruksjonene er kompakte tak, der to varianter implementerer VIP og en variant implementerer aerogel. Bakgrunnen for utførelsen av beregningene er et ønske om å undersøke hvorvidt superisolasjon vil fungere sett fra et bygningsfysisk perspektiv i en bygningsdel i et nordisk klima. Her utgjør faktorer som temperatur, vanninnhold og relativ fuktighet vurderingsgrunnlaget.
Resultatene av disse analysene viser at en oppsamling av fukt i noen tilfeller vil oppstå. Da VIP-en er damptett vil denne fukten kunne hindres i å trenge ut av konstruksjonen, og i verste fall akkumulere. Den mengden fukt som oppstår er derimot liten, og da alle materialene er uorganiske anses ikke vanninnholdet som problematisk. Spørsmålet vil derimot være om den eksisterende fukten vil akselerere superisolasjonens aldringsprosess, og dermed øke konduktiviteten i materialene. Tester in situ bør gjennomføres for å verifiseresimuleringsresultatene, samt se hvordan konstruksjonen fungerer.
På bakgrunn av resultater avdekket i litteratursøket samt resultatene av simuleringene kan det konkluderes med at superisolasjon, i form av både VIP og aerogel, er materialer for fremtiden. Forbedringspotensiale ligger i materialenes foreløpig høye pris og det bør legges arbeid i å forbedre VIP-ens levetid. As global warming has increased the focus on climate and environment, the building industry is updating rules and regulations to ensure an energy efficient building mass. The quality and quantity of materials applied in buildings are relevant factors in providing more environmental friendly structural envelopes. Vacuum insulation panels (VIP) and aerogels are insulation materials that compared to conventional insulators exhibit superior thermal properties. The materials are new to the market and a need to chart their possibilities and applicability thereby exists.
VIPs and aerogels are materials with high porosity. This property, combined with pore sizes at nanoscale, gives a low thermal conductivity. VIPs do in addition apply vacuum to the pores which is maintained by an air and vapor tight encompassing foil. This reduces the thermal conductivity further, at the expense of occurring thermal bridges along the edges of the panels. While VIPs are only available as encapsulated panels, aerogels appear as both panels, blankets and granules.
Through an extensive literature review of existing studies on the materials a number of prerequisites for use as well as possible areas of application have been unearthed. Where aerogels, especially in the form of blankets, are more flexible as to usability the use of VIP require some considerations. The foil encompassing the panels is fragile and should not be perforated. Hence protecting layers on each side is necessary. In vertical constructions the panels must be fixed using railing systems, laths, angel brackets or adhesive. The fact thatthe panels can not be perforated mean that they can not be cut or adjusted at the building site. Plans carefully detailing the laying pattern of the panels is thereby required, both for simple and more complex structural geometries.
Super insulators, in the shape of both VIP and aerogel, will together be applicable in a wide range of construction types. Due to the current steep price of the materials some may appear as more attractive. In retrofitting existing buildings, due to both esthetical, practical and statutory reasons, there is often limited space for insulation. With super insulator’s up to ten times better heat resistance the materials are in many cases not only attractive but also necessary. In areas with a high property market value the additional space available thanks to reduced insulation thicknesses may quickly pay off.
Further, simulations of heat and moisture transport in three different construction varieties are done using the one-dimensional software WUFI® Pro. The compact roof construction includes two varieties implementing VIP and one variety implementing aerogel. The objective of the simulations is to determine whether super insulation can be functional in terms of building physics in a construction in a northern climate. Factors such as temperature, water content and relative humidity constitute the basis for assessment. The results of the simulations show an occurrence of moisture in some of the cases. As the VIP is vapor tight this moisture is prevented from escaping the construction, and at worst accumulate. However, the amount of moisture that occurs is small and seeing that all the materials are inorganic the water content is not considered as problematic. The question is on the other hand whether the moisture that exists will accelerate the agingprosess of the super insulation. Tests in situ should be performed to address this issue, as well as to verify the simulation results and to consider the functionality of the construction.
Based on the results uncovered through the literature review and the results of the simulations the conclusion is that super insulation, in the shape of both VIP and aerogel, are materials for the future. Possible areas of improvement lie in the current steep price of the products, and work should be done to extend the lifetime of VIP.