Projekt

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Ultra-high performance thermal insulation for the mass market

Titel Englisch Ultra-high performance thermal insulation for the mass market
Gesuchsteller/in Sanz Pont Daniel
Nummer 183418
Förderungsinstrument Bridge - Proof of Concept
Forschungseinrichtung Physical Chemistry of Building Materials Institut für Baustoffe ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Materialwissenschaften
Beginn/Ende 01.02.2019 - 31.01.2020
Bewilligter Betrag 129'940.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Materialwissenschaften
Architektur, Urbanistik

Keywords (3)

Utra-high performance thermal insulation; Silica aerogel; Mass market

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Die Energieeffizienz von Gebäuden wird stark durch den Wärmeverlust in der Gebäudehülle beeinflusst. Letzteres ist einer der Hauptfaktoren für den sehr hohen Beitrag zum weltweiten Energieverbrauch und zu den CO2-Emissionen. Insbesondere der Gebäudesektor ist für rund 36% der CO2-Emissionen und 40% des Energieverbrauchs in Europa und in ähnlicher Weise weltweit verantwortlich. Aus diesem Grund steigen die Anforderungen an die Wärmedämmung auf globaler Ebene sehr stark, was zu einer Zunahme der Dicke der Isolierschicht führt. Diese Lösung ist insbesondere in den grössten europäsichen Städten ein Problem, in denen die Lebensraumkosten besonders hoch sind. Deshalb können die Anforderungen an die Dicke der traditionellen Wärmedämmung bis zu 35 cm betragen. Wenn brennbare Materialien verwendet werden erhöht dies die Brandgefahr und die Anwendung dieser Lösung ist stark eingeschränkt (etwa 40% der herkömmlichen Wärmedämmung ist leicht entflammbar).
Lay summary

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von ultrahochleistungsfähigen Wärmedämmprodukten auf der Grundlage meiner neuesten Forschung auf den Gebieten der Nanotechnologie und Materialwissenschaft für die Wärmedämmung unter Verwendung von Aerogel als Rohmaterial. Kieselsäureaerogelen sind das weltweit effektivste Wärmedämmungsmaterial, da sie aufgrund ihrer nanometergroßen porösen Beschaffenheit (> 90% mit einer mittleren Porengröße von 20nm) eine zweimal höhere Wärmedämmung als stehende Luft bieten (26 mW / m · K). Die nano-poröse Struktur des Kieselsäureaerogel erzeugt den sogenannten Knudsen-Effekt, da die Porengröße geringer ist als der mittlere freie Luftweg, so dass Luftmoleküle nicht zusammenstoßen und so die Konvektion praktisch eliminiert wird. Bei Umgebungsdruck kann ein Kieselsäureaerogel eine Wärmeleitfähigkeit von 13 mW / m · K innerhalb einer Schüttdichte zwischen 50 und 200 kg / m3 erreichen. Aufgrund dieser einzigartigen thermischen Leistung eignen sich Siliciumdioxid-Aerogele zur Herstellung von superisolierenden Produkten, die für Gebäude mit Nullenergie / positiver Energie für den Bausektor relevant sind, aber auch für andere Bereiche, in denen aufgrund des begrenzten Platzes eine extrem hohe Wärmeisolierung erforderlich ist. Auf der anderen Seite sind die Produkte nicht brennbar (auf anorganischer Basis) und bieten robuste und kostengünstige Lösungen für den Markt der Wärmedämmung.


 
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 26.01.2019

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

Thermal insulation is the key to save energy in buildings, a major challenge in Europe and worldwide. The solution to this problem is to promote higher energy efficiency in buildings by increasing the thermal insulation layer (through several programs in Europe and Switzerland). However, an important shortcoming is that this reduces the usable floor area substantially and this has a substantial cost in big European cities, where the living space is highly limited and particularly expensive (~10k CHF/m2). In this sense, thick and traditional thermal insulation also increase drastically the fire risk when flammable insulation is used. Resolving both issues is crucial for the building sector as a whole. In terms of fire safety, recent updates of the European regulation for energy performance of buildings include new requirements, one step further into the trend of prohibiting the use of flammable insulation (low cost), already existing in high-rise buildings in some European countries. Due to this, the near future of thermal insulation for the mass market (especially in big cities) will be non-flammable ultra-high performance thermal insulation that can match the toughest environmental norms while not compromising living space. The market is however devoid of such products and it is the objective of fill this gap.My solution to the above challenge lies in the development of superinsulating aerogel mortars and building systems that will be manufactured by his future startup company and sold through strategic sales partners (such as AGITEC AG). This work is very advanced, entering into pilot scale production and being mature enough for the actual market. Therefore, this project aims to bring to the market the best existing thermally insulating mortar in terms of thermal conductivity to strength ratio (TC <16 mW/m·K / 0.2 MPa of compressive strength, x2 higher thermal insulation compared to similar products). The output of the project is to consolidate and upscale this technology (achieving market readiness), focusing on the manufacture of non-flammable ultra-high performance thermal insulation for the mass market (boards and sprayed renders). In this sense, the cost analysis shows that the floor space gain overcompensates the higher material cost. Importantly, floor space cost will increase in time, while material costs should decrease. Indeed, the main cost of the material comes from aerogel production that is forecasted to reduce by 70%, as this material continues to find more applications and its production volume increases.
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