ISOlar – Screening und Langzeit-Eigenschaftsprognose von Isolierwerkstoffen für solarthermische Kollektoren und Wärmespeicher

Um die in den Kyoto-Zielen festgeschriebenen CO2 Einsparungen zu erreichen ist der Einsatz von erneuerbaren Energietechnologien für Wärme und Kälteerzeugung unerlässlich. Daher muss einerseits die Produktion von solarthermischen Systemen signifikant erhöht und andererseits deren Effizienz deutlich verbessert werden. Die Wärmedämmung von solarthermischen Komponenten wie Kollektoren und Speichern ist dabei, vor allem in Hinblick auf eine verbreiterte Anwendung (Solares Kühlen, industrielle Prozesswärme), ein entscheidender Faktor. Trotz einer Fülle von – primär durch die Baubranche („thermische Sanierung“) initiierten – neu am Markt befindlichen Isoliermaterialien finden neue, innovative Dämmstoffe in der Solarthermie bisher kaum Beachtung. So wird etwa in Kollektoren schon seit Jahrzehnten Mineralwolle eingesetzt, obwohl eine Reihe von essentiellen Problemen wie schwierige, kaum automatisierbare Verarbeitung, statische Instabilität und Sackung, Hygroskopie, Ausgasung der Bindemittel, Gesundheitsrisiken, etc. dabei bekannt ist. Der Grund für diesen zögerlichen Einsatz neuer Materialien sind Informationsdefizite in drei Punkten: Erstens sind die verfügbaren thermophysikalischen Daten (Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, …) mangelhaft und schwer vergleichbar [1]. Zweitens gibt es de facto keine solchen Daten über Dämmstoffe bei den Betriebsbedingungen in einem solarthermischen Kollektor. Und drittens – was Hersteller am meisten zurückhält – ist noch nicht bekannt wie sich die hohe Materialbelastung im Kollektor, von UV-Strahlung über Luftfeuchtigkeit bis hin zu starken Schwankungen und extremen Werten der Temperatur (von -30°C bis 230°C bei Stagnation), auf die Beständigkeit bzw. Lebensdauer der Isolierungen auswirkt. Diese Informationslücken sollen durch das vorliegende Projekt geschlossen werden. Dazu wird in einem ersten Schritt ein Materialscreening durchgeführt, um durch die im Konsortium vorhandenen Erfahrungen in Forschung und Prüfung (AIT), Kollektor- und Systemherstellung (TiSUN) und Herstellung von Isoliermaterialien (Eurofoam) eine Vorauswahl für potentielle Solarisolierungen zu treffen. Diese werden im Anschluss unter typischen solarthermischen Bedingungen eingehend thermophysikalisch und mikroskopisch charakterisiert, als Basis für spätere Isolier-Weiterentwicklungen. Durch zahlreiche Exponierungstests mit Miniaturkollektoren in fünf verschiedenen Klimazonen werden Daten über die Bedingungen für die Dämmung in einem solarthermischen Kollektor und die natürliche Alterung der Dämmstoffe gesammelt. Damit und mit an diese Bedingungen angepassten Labor-Alterungstests werden die gesuchten Alterungsmodelle für thermische Isolierstoffe und deren thermophysikalischen Eigenschaften erstellt. Um die Anwendbarkeit dieser Modelle zu verifizieren werden Kollektor-Funktionsmodelle gebaut und mit Hilfe der Modelle simuliert. Durch den Einsatz von Funktionsmodellen, die für Solarkollektoren und Speicher erstellt werden, werden aber vor allem auch wichtige Informationen über die Verarbeitbarkeit der Dämmstoffe und Möglichkeiten in Richtung Automatisierung gewonnen. Abschließend werden anhand der gewonnenen Daten und Modelle Systemsimulationen durchgeführt, die die alters- und materialabhängige Performance des solarthermischen Systems zeigen. Die Ergebnisse, welche in einer öffentlichen Datenbank zusammengefasst werden, bilden eine solide Grundlage für zukünftige Forschung und geben der Solarthermiebranche eine einfache Möglichkeit die geeignete Dämmung für ihre solarthermischen Komponenten auszuwählen