Bakgrunn og formål

I dag forskes det på å ta spranget fra dagens tradisjonelle og state-of-the-art varmeisolasjonsmaterialer og –løsninger til morgendagens. Det bygges stadig mer energieffektive bygninger, noe som blant annet har ført til stadig større veggtykkelser. For å oppnå passivhusstandard, null-energi- og nullutslippsbygninger kan veggtykkelsene bli opp mot 40-50 cm tykke ved bruk av tradisjonelle varmeisolasjonsmaterialer som f.eks. mineralull og polystyrenprodukter (EPS og XPS) med varme-ledningsevner mellom 30-40 mW/(mK). Dette skaper flere utfordringer med tanke på areal- og volumutnyttelse, transport, byggeteknikk og bygningsfysiske problemstillinger. Polyuretan (PUR) har varmelednings-evner mellom 20-30 mW/(mK), men avgir svært giftige gasser når de brenner (isocyanater og blåsyre). Det finnes også såkalte state-of-the-art varmeisolasjonsmaterialer som f.eks. vakuumisolasjonspaneler (VIP) og aerogel.

VIP og aerogel
VIP representerer en state-of-the-art varmeisolasjonsløsning med varmeledningsevner typisk fra 4 mW/(mK) i ualdret tilstand til typisk 8 mW/(mK) etter 25 års aldring forårsaket av diffusjon av vanndamp og luft gjennom VIP folien og inn i VIP kjernematerialet som har en åpen porestruktur. Avhengig av type VIP folie og panelstørrelse, vil aldret varmeledningsevne etter 50 og 100 år være noe eller betraktelig høyere enn denne verdien. Denne uungåelige økningen av varmeledningsevne representerer en alvorlig ulempe med VIP. Punktering av VIP folien, f.eks. ved spiker og lignende, medfører en økning av varmelednings-evnen til ca. 20 mW/(mK). VIP kan dermed ikke kuttes eller tilpasses på byggeplass eller perforeres uten å tape en stor del av varmeisolasjons-ytelsen, som representerer en annen alvorlig ulempe ved VIP. Aerogel representerer en annen state-of-the-art varmeisolasjonsløsning med varmeledningsevner mellom 12-20 mW/(mK), men er med dagens fram-stillingsprosess et veldig kostbart materiale. Aerogel har en relativt høy.kompresjonsstyrke, men er likevel svært skrøpelig pga. sin lave strekkstyrke. Et svært interessant aspekt ved aerogel materialet er at det kan produseres som enten et opakt, translucent eller transparent materiale, noe som muliggjør en rekke mulige bygningsanvendelser.

Veien til NIM
Under forsøkene med å utvikle et varmeisolasjonsmateriale som overgår både de tradisjonelle og state-of-the-art varmeisolasjonsmaterialene med tanke på robusthet og totalytelse, ble idéen med nanoisolasjons-materialer (NIM) unnfanget. En startet opp med teoretiske modeller og beregninger som resulterte i konseptmaterialet NIM. Dette involverte bl.a. Knudsen effekten for å redusere gass varmeledningsevnen i nanoporøse materialer (Fig.1 og Fig.2). Deretter ble de første eksperimentelle for-søkene gjort på å lage NIM basert på hule silika (SiO2) nanosfærer (Fig.3).


Kilde: Nyhetsbrev ZEB
Kontaktperson: Bjørn Petter Jelle, Sintef