Long-Term Performance of Superinsulating Materials (SIM)

Long-Term Performance of
Superinsulating Materials (SIM) Die Aktivitäten des FIW München im
Rahmen des IEA Annex 65
Christoph Sprengard
Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München | Lochhamer Schlag 4 | 82166 Gräfelfing
22.05.2015
Inhalt
1. Informationen zum Annex 65
2. Anwendungsbereiche und Ziele
3. Struktur und Aufgabenbereiche (Subtasks)
4. Aufgaben und Verantwortlichkeiten des FIW München
für Subtask II
5. Stand der Bearbeitung und Ausblick
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IEA und EBC

NGO arbeitet an der
Sicherstellung … Energie
 Verlässlicher
 Erschwinglicher
 Sauberer

29 Staaten sind Mitglied und
unterstützen die Arbeit der IEA
 Direkt finanziell
www.iea.org
 Über die Finanzierung der
Mitarbeit nationaler Institute
an IEA Projekten
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IEA und EBC
 Forschungs- und
Entwicklungsaktivitäten für
 Niedrig- und
Nullenergiegebäude
 Verringerung der CO2
Emissionen
 Energieeinsparung
 Anwendung neuer
Technologien in der Praxis
 Beeinflussung der
Energiespargesetzgebung
national und international
http://www.iea-ebc.org/
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IEA und EBC
 Forschungsprojekte werden
„Annexe“ genannt und
durchnummeriert
 3-4 Jahre Bearbeitungsdauer
 Klare Zielsetzung und genaue
Definition der angestrebten
Ergebnisse
 Publikation und
Wissenstransfer
http://www.iea-ebc.org/projects/ongoing-projects/
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IEA und EBC

Forschungsschwerpunkte
derzeit
 Integrierte Gebäudeplanung
und Gestaltung
 Energiesysteme für
Gebäude
 Gebäudehüllen
 Konzepte für Kommunen
und Quartiere
http://www.iea-ebc.org/
 Tatsächlicher
Energieverbrauch von
Gebäuden
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IEA EBC Annex 65 „SIM“
http://www.iea-ebc.org/projects/ongoing-projects/ebc-annex-65/
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VIP und APM
Bild: Porextherm
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Bild: FIW München
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IEA EBC Annex 65 „SIM“ - Ziele
 Wissensstand bei
Entscheidern und Planern
ausbauen und Bewusstsein
für neue Materialien schärfen
 Zuverlässige und
reproduzierbare Daten liefern
zu
 Eigenschaften
 Dauerhaftigkeit
 Nachhaltigkeit
 Sicherheit in den
Anwendungen erhöhen
 Die Basis für
Normungsarbeiten zu diesen
Materialien setzen
 Eine klare und
nachvollziehbare
Beschreibung geeigneter
Schnellalterungsmethoden
liefern
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IEA EBC Annex 65 „SIM“ – Ziele
 Keine Weiterentwicklung der
Produkte
 Keine Forschung zur
Ausweitung der
Anwendungsgebiete
 Keine Forschung zu neuen
Messverfahren und
Entwicklung neuer Geräte
 Angleichung des Wissensstands für
 Messungen
 Berechnungen und Simulation
 Künstliche Alterungsverfahren
 Etablierung von Netzwerken für
zukünftige Zusammenarbeit (z.B.
für gemeinsame F+E Projekte)
 Wissenschaftliche Zusammenarbeit
der Teilnehmerländer stärken
(interkulturelle Aufgabe)
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Annex 65 - Partner
 Institute
 CSTB; ZAE; FIW; BBRI;
Fraunhofer IVV; DLR; EDF;
EMPA; etc.
 Universitäten und
Hochschulen
 Kyoto; Oxford Brookes;
Chalmers; Brunel; Lyon;
Stockholm; Athen; Nanjing;
Mailand; etc.
 Hersteller
 Aspen, Cabot, Creek,
Evonik, Arcelor, Dow
Corning, Hanita, Kingspan,
LG Hausys, OCI,
Panasonic, Porextherm,
Recticel, Rockwool, St.
Gobain, Separex, Siltherm,
Tecnalia, Va-Q-Tec, etc.
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Annex 65 – Überblick und Struktur
 Operating Agent: Daniel Quenard, CSTB
 Subtask I: State of the Art on Materials and Components: Ulrich
Heinemann, ZAE Bayern
 Subtask II: Characterization of Materials and Components:
Andreas Holm, FIW München
 Subtask III: Practical Applications – Retrofitting at the Building
Scale: Bijan Adl-Zarrabi, Chalmers University (Göteborg)
 Subtask IV: Sustainability: LCC, LCA & Risk and Benefit: Holger
Wallbaum, Chalmers University (Göteborg)
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Ziele und Aufgaben – Subtask I & II
 Subtask I
 Characterization Methods
 Materials, Components &
Systems
 Case Studies at the Building
Scale
 provide an up-to-date catalogue
of commercially available
materials & components
 provide technical description of
each product with technical data
and information about the
application domains and the
implementation rules
 Subtask II
 Materials Assessment & Ageing
Procedures
 Components & Systems
Assessment
 Adaption of measurement
methods for characterization of
materials and barrier films
 microstructural,
 hygro-thermal and
 mechanical
 Adaption and Validation of
modelling methods for
 Heat-, Moisture- and
 Air-Transfer
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Ziele und Aufgaben – Subtask III & IV
 Subtask III
 Mapping of the Use Conditions
 Performance at the Building
Scale
 Practical Applications focused
on Retrofitting
 define the application areas of
SIM
 requested performance of the
SIM will strongly depend on the
temperature, humidity and load
conditions.
 For building applications,
storage, handling and
implementation requirements
will be also described

Subtask IV
 Life Cycle Assessment
(LCA), including Embodied
Energy (EE)
 Life Cycle Cost Analysis
(LCC)
 assess the overall
sustainability of SIM through
the evaluation of LCA, and
LCC of superinsulation
materials over the entire life
cycle (production, use and
end-of-life)
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Approach for Subtask II
1.
Determination of the “State of the Art”
 Measurement Methods
 Ageing Methods
 Calculation and Simulation Methods
 Summary and Report
2.
Further developments / modifications needed on aforementioned
methods
3.
Validation and Verification
4.
Recommendations for Laboratories and production control by the
manufacturers (deliverables: report for manufacturers and labs)
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Approach
1. State of the art – Measurement Methods
“Types” of Appliances and characteristics to measure
Material
DH / RF
thermal
hygric
Component
Characteristics
mechanical
fire
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System
Building
acoustic
emission
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Approach
1. State of the art – Measurement Methods
Questions:
 Which characteristics of SIM can be / need to be measured?
 Which measurement methods are used for SIM?
 Which measurement methods are used for components and
systems?
 Results of Subtask 1 are urgently needed!
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State of the Art: Basic Material Properties
Porosity Properties
Density
Pore Size
Specific Area
Distribution
Porosity
Participants
CHALMERS University
CRMgroup
CSTB
EDF
EMPA
Evonik
Hanita Coatings
Isover Saint Gobain
Kongju National University
KTH
LEPMI
MATEIS, INSA Lyon
MINES ParisTech
NTUA
Politecnico di Torino
RECTICEL
Université Paul Sabatier
va-Q-tec
Skeleton
Granular
1
Apparent
2
1
1
1
1
Solid
morphology
and size
distribution
VOC
Water
sorption
Adsorption
Desorption
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
1
1
1
2
1
2
2
1
2
2
2
1
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State of the Art: Thermal Properties
Thermal Propertis
Specific heat
capacity
Thermal Conductivity
Participants
CHALMERS University
CRMgroup
CSTB
EDF
EMPA
Evonik
Hanita Coatings
Isover Saint Gobain
Kongju National University
KTH
LEPMI
MATEIS, INSA Lyon
MINES ParisTech
NTUA
Politecnico di Torino
RECTICEL
Université Paul Sabatier
va-Q-tec
Guarded Hot
Plate
Vacuum
Guarded Hot
Plate
Heat Flow
Meter
Hot Disk
Hot Wire
Hot Strip
DSC
1
1
2
1
2
1
1
2
2
2
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
Responsible
Support
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State of the Art: Envelope Properties
Envelope Properties
Permeance
Participants
CHALMERS University
CRMgroup
CSTB
EDF
EMPA
Evonik
Hanita Coatings
Isover Saint Gobain
Kongju National University
KTH
LEPMI
MATEIS, INSA Lyon
MINES ParisTech
NTUA
Politecnico di Torino
RECTICEL
Université Paul Sabatier
va-Q-tec
Manometry
Diffusion
VIP in
climatic
chamber
1
Activation
Energies
Solubility
2
2
1
1
1
2
1
2
1
2
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1
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Approach
1. State of the art – Ageing Methods
Questions:
 Which ageing mechanisms are relevant?
 Which are the appropriate artificial ageing methods in use?
 UV – Temperature and Temperature Cycles – Salt Spray –
Moisture - Chemicals etc.
 Which of these methods are used for SIM?
 How do they work?
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Approach
1. State of the art– Calculation and Simulation
Calculations can be applied to Material / System / whole Building
Questions:
 Which level of detail is necessary?
 Which boundary conditions have to be concerned?
 Limits and uncertainty of calculations?
 How to implement measurement results into calculation?
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Approach
2. Modification
 Review of the existing measurement and ageing methods
 Which measurement techniques and procedures are transferable
to SIM?
 Which adjustments are necessary?
 Special precautions or sets of boundary conditions?
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Umfragen mit Ausfüllhilfen
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Umfrage zu speziellen Erfahrungen mit SIM
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Approach
3. Validation and verification
Review of existing
Methods
Validation of
existing Methods
Validation
Adjustments for
Materials
Testing of
Materials
Validation
Adjustments for
for systems and
components
Validation
Testing of
systems and
Components
Definition of reviewed
Methods
Timeline for Subtask 2
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Approach
4. Recommendations
Based on results oft steps 1, 2 and 3 recommendations for future
measurements, ageing procedures and calculations are defined, for
example:
 Which existing measurement methods can be applied to SIM and
which not
 Necessary adjustments to existing measurement methods
 Which ageing methods can be applied to SIM
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Results and Deliverables
 Overview of existing measurement and ageing methods and
evaluation of their applicability to SIM
 Recommendations for standardized measurement and ageing
methods (including adjustments) summed up in a report
 Target Audience: Material manufacturers and Testing
laboratories
 Encourage to increase application of SIM in Building Components
& Systems
 Target Audience: Planners and Decision Makers
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4. FIW´s function and responsibilities in ST 2
 Coordination
 Functional and organizational
 Conduction of Survey and processing of results
 Moderation and knowledge transfer
 Controlling of achievement of the objectives
 Improvement of measurement and modeling methods to
ensure comparability and reproducible characterization of
products including SIM
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Zeitplan und Ausblick
2015
JAN FEB MAR APR MAY JUN
JUL AUG SEP OCT NOV DEC
2016
I
2017
II III IV I
II III IV
1. State of the Art
Evaluation of Survey
Distribute research needs to participants
Research and documentation
2. Further development needed
Summarization State oft the art
Presentation oft results at 2 nd plenary meeting, Nanjing
3. Verification & Validation (Common Exercises)
Final definition of participants + size test specimens
Organisation and Coordination of test specimens
Round Robin tests / Common Exercises
Collection and Analysis of results
4. Conclusions & Recommendations
Development of practical and easy to use test and ageing methods
Documentation and Report
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Thank You!
Christoph Sprengard
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-FIW München –
Building Physics and Components
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Telefon +49 89 85800-0, Telefax -40
www.fiw-muenchen.de
[email protected]

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