Aerogél-alapú hőbevonat fejlesztése az energia utólagos felszereléséhez és a kondenzációs kockázat megelőzéséhez a meglévő épületekben

Eredeti cikkek

  • Teljes cikk
  • Ábrák és adatok
  • Hivatkozások
  • Idézetek
  • Metrikák
  • Engedélyezés
  • Újranyomtatások és engedélyek
  • PDF

Absztrakt

A meglévő épületek, különösen a történelmi és/vagy műemléki épületek energetikai utólagos felszerelése számos kérdést vet fel; vagyis az azonosított megoldások és az örökség értéke közötti kompatibilitás vagy a belső tér csökkentése (ha belső beavatkozásokat kell elfogadni).

aerogél

Emiatt a történelmi épületek energetikai utólagos felszerelésének célkitűzésének kezelésére szolgáló új módszer a magas hőszigetelési jellemzőkkel rendelkező fejlett anyagok használata.

Egy európai kutatási projekt (Horizon 2020) keretében egy új aerogél alapú szigetelő bevonat készül, amely különösen alkalmas a hőhidak csökkentésére és a kondenzációs kockázat megelőzésére.

Ebben a cikkben mind a laboratóriumi, mind a helyszíni kutatási tevékenységeket leírják. Az első a bevonat termohigrometrikus tulajdonságainak optimalizálására irányult; ez utóbbi egy teljes körű alkalmazáson végzett monitoring tevékenység eredményeivel foglalkozott.

Az eredmények rávilágítanak arra, hogy a kifejlesztett anyag 12 mm-es belső alkalmazása jelentősen megnövelheti a beltéri felületi hőmérsékletet (kb. 1,4 ° C), a fal U-értékének körülbelül 27% -os csökkenésével. Ezenkívül a hőhidak enyhülését figyelték meg a minimális felületi hőmérséklet 1,6 ° C-ig történő emelkedésével.

Bevezetés

Az építési ágazat felelős Európában a teljes energiafogyasztás közel 40% -áért (2010/31/EU irányelv). Az európai állomány mintegy 50% -a az 1970-es évek első hőszabályozása előtt épült (Európai Bizottság 2018). Olaszország sem kivétel; valójában a lakóépületek több mint 60% -a épült 1976 előtt, az első energiatakarékossági törvény éve előtt, és az épületek 30% -a (12,5 millió) 1945 előtt készült (Istituto Nazionale di Statistica 2011). Ezért az épületállomány nagy részét a hagyományos, nem szigetelt építési rendszerek jellemzik. Ezenfelül ezen épületek mintegy 1,8% -a kulturális örökségnek minősül, az olasz sz. Törvényerejű rendelet meghatározása szerint. A kulturális örökségről és a tájról szóló törvénykönyvről szóló 2004. január 22-i 42. sz.

Az elmúlt évtizedben az energiahatékonyság és a termikus kényelem jelentősége a történelmi épületekben nagymértékben megnőtt, amint azt számos közelmúltbeli kutatás is bizonyítja.

Míg az energia-utólagos felszerelést korábban potenciális fenyegetésnek tekintették a történelmi és hagyományos épületek jellegére és szerkezetére, ma már nagyrészt lehetőségként tekintenek ezeknek az épületeknek a megvédésére és a globális környezeti aggályok megválaszolására (Webb 2017).

Az energiahatékonysági intézkedések és a belső hő-kényelem összehangolása az épületek kulturális és történelmi jelentőségének megőrzésének követelményével egyre növekvő kutatási aktivitás tapasztalható (De Bouw et al. 2016). A hőveszteség csökkentésére szolgáló különféle műszaki megoldások közül a beltéri szigetelés technológiái különösen alkalmasak (Walker és Pavía 2018). Az innovatív anyagokat és termékeket, mint például a vákuumszigetelő paneleket és az aerogél-alapú anyagokat, nagy szigetelési potenciáljuk miatt vizsgálják meg, amely lehetővé teszi a beltéri helytakarékosság garantálását a hagyományos szigetelőanyagokhoz képest (Fantucci et al. 2019).

A folyamatban lévő Wall-ACE európai H2020 kutatási projekt keretében új aerogél alapú hőbevonatot fejlesztettek ki (egy további kopásálló felületi réteggel együtt), amelynek fő célja a meglévő épületek hőhídjainak enyhítése.

Ebben a cikkben a laboratóriumi termikus jellemzéssel és a terepi teljesítménnyel kapcsolatos eredményeket mutatjuk be. A tanulmány célja az volt

optimalizálja a hőbevonatot és

demonstrálja (teljes körű alkalmazással) a technológia hatékonyságát a felületi kondenzáció kockázatának megelőzésére és a teljes fal hőteljesítményének javítására.

A korszerű technika az aerogél alapú falvakolatokon

Az aerogél granulátumok könnyű aggregátumokként történő alkalmazása vakolat keverékben lehetővé teszi a végső sűrűség és a hővezető képesség drasztikus csökkentését, elérve a 150–200 kg/m 3 és a 0,025–0,027 W/mK értékeket (Stahl és mtsai 2012; Ibrahim és mtsai. 2015; Berardi és Nosrati 2018). Továbbá Buratti et al. (2014) kimutatták, hogy az aerogél-tartalom 96% –99% (térfogat% -ig) növelésével körülbelül 115–125 kg/m 3 sűrűség érhető el, 0,014–0,016 W/mK hővezető képességgel. Ugyanebben a vizsgálatban azonban mechanikailag jobban teljesítő, alacsonyabb géltartalmú (80%) és 0,05 W/mK hővezető képességű készítményt alkalmaztak in situ alkalmazásra.

A hatékony hőszigetelési képesség a vakolat jellemzőivel együtt (azaz könnyű felhordás szabálytalan alapfelületekre, viszonylag nagy nyomószilárdság) teszi az aerogél alapú vakolatot megfelelő jelöltjévé a történelmi építmények energetikai utólagos felszereléséhez, amelyben a régi és sérült vakolat könnyen felépíthető. legfeljebb 4–6 cm-es aerogél vakolatrétegekkel helyettesíthető, ha a meglévő rétegnek nincs örökségi értéke (Ghazi Wakili et al. 2015; Schuss et al. 2017; Stahl et al. 2017; Lisitano et al. 2018).

Ezen okok miatt az elmúlt években számos aerogél alapú vakolatot fejlesztettek ki, amelyek jelenleg legalább az Európai Unió piacán elérhetők: FIXIT 222 (Röfix 2018a), FIXIT 244 (Röfix 2018b), Heck-Aero iP (2017) és Interbran Premium 028 (2019). A deklarált hővezető képességük általában 0,028–0,048 W/mK tartományban van.

Annak ellenére, hogy számos tanulmány kimutatta a történelmi épületekkel való nagy kompatibilitást és a magas energia-utólagos felszerelési képességet, ez a technológia egyelőre nem terjedt el terjedően magas költségei miatt, amely továbbra is az egyik legfontosabb piaci korlát. Valójában bebizonyosodott, hogy a hőszigetelő vakolat javulása esetén a keverék 80% -os aerogélje esetén a költségek 1–2 cm vastagságra elérték a 80–90 €/m 2 értéket (Buratti et al. 2016; Ibrahim et al. 2015). Egy újabb piackutatás azonban rámutatott arra, hogy nagyobb mennyiségű aerogél vakolat/vakolat esetében a 2019-ben frissített költségek 30 euró/m 2 · cm (csak anyagköltség) és 60 euró/m 2/1 cm vastag réteg között mozognak ha figyelembe veszik az alkalmazás költségeit (Airgel Applications 2016; FIXIT Preisliste 2019).

A végső költség csökkentésének egyik lehetséges megoldása az aerogéltartalom minimalizálásán alapul, részben más könnyű adalékokkal helyettesítve (de Fátima Júlio et al. 2016; Fantucci et al. 2018). Mindazonáltal az eddigi vizsgálatok többségében kiderült, hogy az ilyen termékek végső hővezető képessége meglehetősen összehasonlítható a piacon elérhető hagyományos hőszigetelő vakolatokéval. Ezért ez a megoldás nem optimális, és a legkorszerűbbekhez képest nem érhető el jelentős előny.

A végső költség csökkentését célzó egyéb lehetséges megoldások a vastagság minimalizálásán alapulnak. A szerzők egy korábbi tanulmányában (Fantucci et al. 2018) egy 3 és 12 mm közötti vastagságú aerogél bevonat kifejlesztését javasolták a hőhidak mérséklésére és a fal teljesítményének enyhe javítására a felületi hőmérséklet szempontjából. a nem szigetelt fal.

Mód

Öt különböző aerogél-alapú hőbevonatot (ebben a cikkben R0 – R4) fejlesztettek ki az ásványi és szerves kötőanyagok különböző arányának elfogadásával. Kwark szemcsés aerogél, gyártotta: Enersens (2018); perlit, valamint üveg és kerámia gömbök, különböző százalékban, könnyű aggregátumokként (LWA).

A termikus és mechanikai tulajdonságok meghatározására irányuló előzetes vizsgálatok első sorozatát a laboratóriumban hajtották végre. A cél annak ellenőrzése volt, hogy a vakolat megfelel-e a piaci igényeknek és annak lehetőségei a hőhidak mérséklésében és a penész növekedésének elkerülésében.

Ezen túlmenően, a vakolat viselkedésének tényleges működési körülmények között történő tesztelése érdekében egy ellenőrző kampányt indítottak és hajtottak végre egy tényleges épületen (teljes körű esettanulmány), amelyet Agenzia Territoriale per la Casa del Piemonte Centrale (a Központi Ügynökség regionális ügynöksége) biztosított. Piemont-ház).

Laboratóriumi jellemzés

A laboratóriumi mérések célja a kifejlesztett aerogél alapú vakolat száraz térfogatsűrűségének, mechanikai ellenállásának és hővezető képességének meghatározása volt (1a. Ábra).