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Forschungsprojekt

Mehr als nur Dämmung – Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen

Arbeitsbereich »Brandschutz und Glimmverhalten« / Teilaspekt Glimmen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen

 

In Rahmen des Verbundprojekts »Mehr als nur Dämmung – Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen« untersuchen wir einen Teilaspekt im Arbeitsbereich »Brandschutz«. Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo) weisen ein anderes Brandverhalten auf als konventionelle Dämmstoffe. Dieses soll im Arbeitsbereich »Brandschutz« im Detail charakterisiert und gegebenenfalls modifziert werden, um die Voraussetzungen für einen verstärkten Einsatz von NawaRo-Dämmstoffen zu schaffen. In diesem Zusammenhang untersuchen wir am Fraunhofer WKI den Teilaspekt »Glimmen« als eigenständige Materialeigenschaft. Unser Ziel ist es, das Glimmverhalten von NawaRo-Dämmstoffen systematisch charakterisieren und bei Bedarf gezielt verbessern zu können.

Arbeitsbereich »Brandschutz«

Im Rahmen des Verbundprojekts sollen im Arbeitsbereich Brandschutz Primärdaten und Parameter erarbeitet werden, um Konstruktionen mit Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen hinsichtlich der Feuerwiderstandsdauer berechnen zu können. Zudem ist geplant, ein »B1-Äquivalent« für Wärmedammverbundsysteme aus nachwachsenden Rohstoffen zu erarbeiten. Für die Anwendbarkeit von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen in den Gebäudeklassen 4 und 5 soll außerdem ein Brandschutzleitfaden erstellt werden, der das im Vergleich zu sogenannten konventionellen Dämmstoffen andere Brandverhalten berücksichtigt.

Folgende Forschungsinstitute bearbeiten den Arbeitsbereich »Brandschutz«:

  • Fraunhofer WKI (Dr. Torsten Kolb)
  • TU Braunschweig (Prof. Dr.-Ing. Jochen Zehfuß)
  • TU Dresden (Dipl.-Ing. Sören Tech)
  • Hochschule Magdeburg (Prof. Dr.-Ing. Björn Kampmeier)
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Abb. 1: Am Fraunhofer WKI konzipierter Glimmprüfstand

Teilaspekt »Glimmen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen«

Am Fraunhofer WKI betrachten wir den Teilaspekt »Glimmen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen«. Zunächst entwickeln wir eine Methodik zur systematischen Untersuchung des Glimmverhaltens und untersuchen den Einfluss diverser Parameter auf das Glimmen. Auf dieser Basis analysieren wir den Glimmprozess von Nawaro-Dämmstoffen und identifizieren materialspezifische Bewertungskriterien. Darüber hinaus entwickeln wir geeignete Maßnahmen zur Unterdrückung des Glimmens, um die Einsetzbarkeit von NawaRo-Dämmstoffen zu erhöhen.

Das Fraunhofer WKI verfügt über eine Akkreditierung als Prüfstelle für die Ermittlung des Glimm- und Schwelverhaltens von Wärmedämmstoffen nach DIN EN 16733. In einem früheren Projekt haben wir einen Glimmprüfstand (Abbildung 1) und Verfahren entwickelt, mit denen das Glimmverhalten von Wärmedämmstoffen detaillierter untersucht und bewertet werden kann. Mit diesen Verfahren sind zielgerichtete Entwicklungen von Dämmstoffen und Zuschlägen möglich, die das Glimm- und Schwelverhalten beeinflussen.

 

Erste Ergebnisse

Die methodische Entwicklung des Verfahrens zur Prüfung von NawaRo-Dämmstoffen im Glimmprüfstand des Fraunhofer WKI (Abbildung 1) basiert auf verschiedenen Anforderungen bezüglich prüftechnischer Randbedingungen, Messtechnik, Praktikabilität sowie Dimensionierungen.

Die gewählten Geometrien der Kammer sowie die Positionierung und Dimensionierung der Probekörper basieren dabei auf im Vorfeld der Arbeit durchgeführten numerischen Strömungssimulationen, welche vor allem das Turbulenzverhalten prognostizieren sollten. Die qualitativen Verläufe der Luftströmungen der Prüfkammer sind in Abbildung 2 dargestellt.

Die Simulationen haben wir zum Vergleich sowohl mit COMSOL als auch mit FDS mit einer initialen Strömungsgeschwindigkeit im unteren Bereich der Prüfkammer von 0,4 m/s durchgeführt. Die Simulationen mit COMSOL entstanden im Zuge der Planung des Prüfstandes, die FDS-Simulationen nach Festlegung sämtlicher Geometrien mit den realen Abmessungen. Beide Simulationen zeigen qualitativ vergleichbare Ergebnisse, wobei die wesentlichen Effekte in den geringeren Strömungsgeschwindigkeiten im Randbereich, der Umlenkung der Richtungsvektoren im Bereich der Probekörper sowie der theoretisch geringeren Beträge der Strömungen im unteren Bereich der Probe bestanden.

Die untersuchten Probekörper haben eine Grundfläche von 100 mm x 100 mm bei variablen Materialdicken zwischen 50 mm und 70 mm. Die Probekörper werden im Glimmprüfstand des Fraunhofer WKI durch einen Glühzünder so lange bestrahlt, bis sie anfangen zu glimmen. Dadurch erhalten wir die Glimmbeschleunigung als charakteristischen Materialkennwert. Die Ergebnisse aus dem Glimmprüfstand des Fraunhofer WKI sollen im Rahmen dieses Projektes mit den Ergebnissen aus dem Normprüfstand (Abbildung 3) zur Bestimmung der Neigung eines Bauprodukts zum kontinuierlichen Schwelen nach DIN EN 16733 verglichen werden.

In einem ersten Schritt haben wir im Glimmprüfstand des Fraunhofer WKI eine Parameterstudie zu Holzfaserdämmstoffen durchgeführt, um den Einfluss der Rohdichte und der Partikelgröße auf das Glimmen zu erhalten. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4 dargestellt. Dabei ist herausgekommen, dass eine hohe Rohdichte und große Partikel die Glimmbeschleunigung verlangsamen. Wir werden die Untersuchungen Schritt für Schritt auf alle NawaRo-Dämmstoffe ausweiten.

© Fraunhofer WKI | Pablo Guindos (links), Moritz Neumann (rechts)

Abb. 2: Strömungssimulationen der Prüfkammer mit Probe (links COMSOL, rechts FDS)

© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Abb. 3: Normprüfstand zur Bestimmung der Neigung eines Bauprodukts zum kontinuierlichen Schwelen nach DIN EN 16733

© Fraunhofer WKI | Moritz Neumann

Abb. 4: Einfluss der Rohdichte und Fasergröße von Holzfaserdämmstoffen auf die Glimmbeschleunigung

Förderung (Verbundprojekt)

Fördermittelgeber:
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

 

Projektträger:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

 

FNR-Förderkennzeichen:
22011615

 

Laufzeit:
1.12.2016 bis 30.11.2019

Fördermittelgeber:
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

 

Projektträger:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

 

FNR-Förderkennzeichen:
22011615

 

Laufzeit:
1.12.2016 bis 30.11.2019