Academic literature on the topic 'Vakuumisoleringspanel'

Dagens energidebatt har lett till att ett mer energieffektiviserat byggande efterfrågas. Detta eftersom driften av byggnader kräver mycket energi, varför nya byggnadsmaterial och tekniker är nödvändiga. För att sänka energiförbrukningen krävs att behovet av mängden tillförd värme reduceras. Detta kan uppnås med en förbättrad värmeisolering. Nackdelen med traditionella isoleringsmaterial som till exempel mineralull är att en förbättrad värmeisolering kräver ökad värmeisoleringstjocklek. Detta leder i sin tur till tjockare ytterväggar, större materialåtgång och en minskad bo- eller uthyrningsbar yta. Sedan några år tillbaka har ett nytt värmeisoleringsmaterial börjat användas i byggnadssammanhang, nämligen vakuumisoleringspaneler (VIP). Dessa paneler tillverkas med en låg värmekonduktivitet och kan ge upp till nio gånger tunnare isoleringstjocklek jämfört med väggar isolerade med mineralull vid samma värmegenomgångskoefficient. En svaghet hos VIP ligger dock i dess beständighet, då flera faktorer kraftigt reducerar dess livslängd. Fokus i artikeln har lagts på vakuumisoleringspaneler gällande dess uppbyggnad och faktorer som påverkar dess livslängd. För att få en helhetsbild jämförs egenskaperna hos VIP med mineralull för att senare dra slutsatser om dess för- och nackdelar. Den goda värmekonduktiviteten hos VIP på 0.004 W/(m∙K) fås genom att ett vakuum skapas inuti dess kärna. Denna värmekonduktivitet är mycket känslig för yttre påverkan och förändras därför under materialets livstid. Minsta skada i panelen bidrar till att läckor uppstår och medför att vakuumet inuti kärnan går förlorat, vilket bidrar till en ökning av det inre trycket och panelens värmekonduktivitet. Detta på grund av att luft- och fuktmolekyler tränger in i kärnan via diffusion. På grund av detta läckage, vars storlek avgörs av faktorer som till exempel produktionskvalitet, panelstorlek och omgivande miljö åldras materialet snabbare och det i sin tur bidrar till att sänka materialets livslängd. I dagens läge anses mineralull vara det främsta valet av värmeisolering då vakuumisoleringspaneler uppvisar en mängd brister gällande beständighet och livslängd. Vakuumisoleringspaneler är även dyra, ömtåliga samt komplicerade att transportera och montera. För att VIP på allvar ska kunna konkurrera med mineralull vid val av värmeisolering krävs att utveckling sker för att reducera dess brister. Eftersom det idag ställs högre krav på tunnare ytterväggstjocklek och minskade värmeförluster från byggnader har VIP stor potential till att dess användning i byggnadssammanhang kommer att öka. Detta är fördjupningsdelen i ett arbete som också innefattar projektering och dimensionering av ett småhus.

The number of people in the world and the urbanization increases. This leads to a bigger need of space for the built environment, space that soon doesn’t exist. A large portion of humanity’s energy disposal is used for heating of buildings. This energy consumption is often a waste due to the existing technique and materials which could reduce the consumption quite a lot. With this background, this report has been made in purpose to investigate the possibilities of saving ground space and energy by using, one on the markets relatively new isolation material, vacuum insulation, when building single-family houses. In the study where the possibility of ground saving is investigated the result shows that vacuum insulation is a profitably alternative, for the current house, when the price for the ground excesses 20653 kr/m 2. This price, and even higher, is not unusual in bigger cities. One interesting vacuum insulation application is in project where single-family homes are built upon existing buildings in the cities. In these cases every spared square meter is of high importance. This is a concept becoming more and more common. In the study where the possibility of energy saving is investigated the result shows that 571 kWh/year or 466 kr/year can be saved for the current house. This annual saving is although not enough to make vacuum insulation interesting from an economical view. The higher investment is too high in comparison to the annual saving with the interest rate in consideration. The study although shows that the possibility of saving energy exist and can be done relatively easy. The technic and material do exist. To make vacuum insulation a more conventional and more used material the technical faults must be solved. This should then lead to a bigger demand and also a lower price. Vacuum insulation could then be an economical defensible insulation alternative, which saves both energy and ground area, when used in single-family houses.

The purpose of this thesis is to investigate if vacuum insulation panels are a competitive alternative to traditional insulation. Vacuum insulation has been used as insulation in buildings in Germany and Switzerland for a few years. In Sweden the high-performance insulation material is mainly used in refrigerators, freezers and vacuum thermoses. The development is proceeding well and vacuum insulation is becoming more common in the construction industry. Since it is a relatively unexplored material on the market there are many flaws and problems with the material. The questions we have chosen to answer in this report include an increased knowledge of vacuum insulation, various problems that may arise when handling/installation and the pros and cons of vacuum insulation compared to standard traditional insulation. The methods we have chosen to use in this report is a literature study, interviews with various suppliers and manufactures and calculations to show the differences between traditional and vacuum insulation. Vacuum insulation is 5-10 times better insulation than standard traditional mineral wool insulation, mainly at the beginning of its lifetime. Vacuum insulation panels (VIP) have a service life of approximately 50 years, whereas traditional insulation has a service life of approximately 100 years. In limited and confined spaces, the vacuum insulation is used as additional insulation. The insulation is also used to construct the "slim" and well insulated walls that are more aesthetically pleasing than half a meter thick wall of energy efficient buildings. There are several advantages of the vacuum insulation. Efficiency and energy savings due to its low U-value are the most important. The disadvantages are the expensive investment, the fragile metal case that is highly sensitive to mechanical damage and a shorter service life compared to traditional insulation.
Syftet med rapporten är att undersöka om vakuumisolering är ett konkurrenskraftigt alternativ till traditionellt isoleringsmaterial så som mineralull. Vakuumisolering har funnits i Tyskland och i Schweiz i många år men i Sverige har det högpresterande isoleringsmaterialet främst använts i kyl- och frysskåp och i termosflaskor. Utvecklingen går framåt och vakuumisolering blir mer vanligt inom byggbranschen. Eftersom det är relativt outforskat material på marknaden finns det många brister och problem med materialet och dess hantering. De frågeställningar vi valt att besvara genom denna rapport omfattar ökad kännedom om vakuumisolering, olika problem som kan uppkomma vid hantering/montering samt för- och nackdelar med vakuumisolering jämfört med vanlig traditionell mineralullsisolering. Metodvalen som rapporten bygger på är litteraturstudier, intervjuer via telefon och mailkontakt med olika leverantörer och återförsäljare samt beräkningar som styrker det som skiljer mineralull och vakuumisolering åt. Vakuumisolering har 5-10 gånger bättre isoleringsförmåga än vanlig traditionell mineralullsisolering främst i början av dess livstid. Vakuumisolering har en beräknad livslängd på cirka 50 år medan traditionell isolering har en på cirka 100 år. Vid begränsade och trånga utrymmen kan vakuumisolering användas som tilläggsisolering. Isoleringen används även för att konstruera ”slanka” och välisolerade väggar som är mer estetiskt tilltalande än halvmeter tjocka konstruktioner vid projektering av exempelvis passivhus. Det finns ett antal fördelar och nackdelar med vakuumisolering jämfört med mineralull. Effektivitet och energisparande på grund av dess låga U-värde är några exempel. Exempel på nackdelar är känsligheten för mekanisk åverkan, den dyra investeringskostnaden och en kortare livslängd än traditionell isolering.

Objectives set by the EU means that all buildings after 2020 has to be nearly zero energy buildings. This means that thicker layers of insulation have to be added in the wall construction which makes the wall thicker. It means that the living area will be reduced. Vacuum insulation is a highly effective type of insulation and because of its low thermal conductivity it has the ability to reduce the thickness in wall structures. This project investigates a proposal to apply vacuum insulation in one-storey buildings. In order to achieve the goals of the project, a proposal for a one-storey building was developed. Calculations have been made and the proposal was developed as an alternative to show how to construct a family home containing vacuum insulation. The empirical data was collected through interviews, document analysis and literature studies. The collected data was analyzed together with the theoretical framework that has been developed through literature studies and document analysis. Creating a wall construction containing vacuum insulation as a primary insulation usually means that the wall will be considerably thinner than a wall construction with traditional insulation. This means that living area can be saved. Vacuum insulation has to be protected properly as it is easily punctured where upon it loses the most of its insulation capacity. Vacuum insulation is not common on the Swedish construction market today, this is due to many factors, including its high price. Vacuum insulation is a good problem solver which can be used in bay windows to gain extra space. One can also make use for it in tight spaces. From an economic point of view vacuum insulation offers the greatest advantages in cities where living space is considerably higher than in rural areas. To take part of the work there is no need for prior knowledge about vacuum insulation. The project focuses only on wall structures in the single-storey villas, therefor, no indentations has been made on the floor- and roof structures or other building types. The project only focuses on newly constructed buildings. No calculations are made for moisture or production costs.
Mål uppsatta av EU innebär att samtliga byggnader som uppförs vid år 2020 måste vara nära-nollenergihus. För väggarna i konstruktionen innebär det att tjockare lager av isolering måste adderas vilket ger bredare väggkonstruktioner. Bredare väggkonstruktioner innebär även att boarean minskas. Vakuumisolering är ett högeffektivt isoleringsmaterial som genom sin låga värmeledningsförmåga har möjligheten att minska tjockleken vid väggkonstruktioner på grund av dess tunna skikt. Arbetet utreder ett förslag att applicera vakuumisolering i enplansvillor. För att uppnå arbetets mål har ett förslag på enplansvilla tagits fram. Beräkningar har gjorts och förslaget är framtaget som ett alternativ för att visa hur en villa innehållande vakuumisolering kan utformas. Det empiriska materialet har samlats in genom intervjuer, dokumentanalyser samt litteraturstudier. Empirin analyseras sedan tillsammans med det framtagna teoretiska ramverket genom litteraturstudier och dokumentanalyser. Att skapa en väggkonstruktion med vakuumisolering som primär isolering betyder oftast att väggen blir avsevärt mycket tunnare än en väggkonstruktion av traditionell isolering, vilket betyder att boarea kan sparas. Vakuumisolering måste skyddas på rätt sätt i väggkonstruktioner eftersom materialet lätt punkteras varpå det förlorar den största delen av sin isoleringsförmåga. Idag är inte vakuumisolering utbrett på den svenska byggmarknaden vilket beror på många faktorer, bland annat dess höga pris. Vakuumisolering är en väldigt bra problemlösare som med fördel kan användas i burspråk för att vinna extra utrymme. Det kan även användas i trånga utrymmen som elnischar. Ur ekonomisk synpunkt ger vakuumisolering störst fördel i städer där boarea per kvadratmeter är högre än motsvarande på landsbygden. För att ta del av arbetet krävs inga förkunskaper om vakuumisolering. Arbetet fokuserar endast på väggkonstruktioner i enplansvillor, därför har inga fördjupningar skett på golv- och takkonstruktioner eller andra byggnadstyper. Enbart nybyggnationer av trästommar är utrett. Beräkningar är inte gjorda för fukt och produktionskostnader.

Today’s buildings are responsible for 40% of the world’s energy use and also a substantial share of the Global Warming Potential (GWP). In Sweden, about 21% of the energy use can be related to the heat losses through the climatic envelope. The “Million Program” (Swedish: Miljonprogrammet) is a common name for about one million housing units, erected between 1965 and 1974 and many of these buildings suffer from poor energy performance. An important aim of this study was to access the possibilities of using Vacuum Insulation Panels (VIPs) in buildings with emphasis on the use of VIPs for improving the thermal efficiency of the “Million Program” buildings. The VIPs have a thermal resistance of about 8-10 times better than conventional insulations and offer unique opportunities to reduce the thickness of the thermal insulation. This thesis is divided into three main subjects. The first subject aims to investigate new alternative VIP cores that may reduce the market price of VIPs. Three newly developed nanoporous silica were tested using different steady-state and transient methods. A new self-designed device, connected to a Transient Plane Source (TPS) instrument was used to determine the thermal conductivity of granular powders at different gaseous pressure combined with different mechanical loads. The conclusion was that the TPS technique is less suitable for conducting thermal conductivity measurements on low-density nanoporous silica powders. However, deviations in the results are minimal for densities above a limit at which the pure conduction becomes dominant compared to heat transfer by radiation. The second subject of this work was to propose a new and robust VIP mounting system, with minimized thermal bridges, for improving the thermal efficiency of the “Million Program” buildings. On the basis of the parametric analysis and dynamic simulations, a new VIP mounting system was proposed and evaluated through full scale measurements in a climatic chamber. The in situ measurements showed that the suggested new VIP technical solution, consisting of 20mm thick VIPs, can improve the thermal transmittance of the wall, up to a level of 56%. An improved thermal transmittance of the wall at centre-of-panel coordinate of 0.118 to 0.132 W m-2K-1 and a measured centre-of-panel thermal conductivity (λcentre-of-panel) of 7 mW m-1K-1 were reached. Furthermore, this thesis includes a new approach to measure the thermal bridge impacts due to the VIP joints and laminates, through conducting infrared thermography investigations. An effective thermal conductivity of 10.9 mW m-1K-1 was measured. The higher measured centre-of-panel and effective thermal conductivities than the published centre-of-panel thermal conductivity of 4.2 mW m-1K-1 from the VIP manufacturer, suggest that the real thermal performance of VIPs, when are mounted in construction, is comparatively worse than of the measured performance in the laboratory. An effective thermal conductivity of 10.9 mW m-1K-1 will, however, provide an excellent thermal performance to the construction. The third subject of this thesis aims to assess the environmental impacts of production and operation of VIP-insulated buildings, since there is a lack of life cycle analysis of whole buildings with vacuum panels. It was concluded that VIPs have a greater environmental impact than conventional insulation, in all categories except Ozone Depilation Potential. The VIPs have a measurable influence on the total Global Warming Potential and Primary Energy use of the buildings when both production and operation are taken into account. However, the environmental effect of using VIPs is positive when compared to the GWP of a standard building (a reduction of 6%) while the PE is increased by 20%. It was concluded that further promotion of VIPs will benefit from reduced energy use or alternative energy sources in the production of VIP cores while the use of alternative cores and recycling of VIP cores may also help reduce the environmental impact. Also, a sensitivity analysis of this study showed that the choice of VIPs has a significant effect on the environmental impacts, allowing for a reduction of the total PE of a building by 12% and the GWP can be reduced as much as 11% when considering both production and operation of 50 yes. Finally, it’s possible to conclude that the VIPs are very competitive alternative for insulating buildings from the Swedish “Million Program”. Nevertheless, further investigations require for minimizing the measurable environmental impacts that acquired in this LCA study for the VIP-insulated buildings.
Dagens byggnader ansvarar för omkring 40% av världens energianvändning och  står också för en väsentlig del av utsläppen av växthusgaser. I Sverige kan ca 21 % av energianvändningen relateras till förluster genom klimatskalet. Miljonprogrammet är ett namn för omkring en miljon bostäder som byggdes mellan 1965 och 1974, och många av dessa byggnader har en dålig energiprestanda efter dagens mått. Huvudsyftet med denna studie har varit att utforska möjligheterna att använda vakuumisoleringspaneler (VIP:ar) i byggnader med viss fokus på tillämpning i Miljonprogrammets byggnader. Med en värmeledningsförmåga som är ca 8 - 10 gånger bättre än för traditionell isolering erbjuder VIP:arna unika möjligheter till förbättrad termisk prestanda med minimal isolerings tjocklek. Denna avhandling hade tre huvudsyften. Det första var att undersöka nya alternativ för kärnmaterial som bland annat kan reducera kostnaden vid produktion av VIP:ar. Tre nyutvecklade nanoporösa kiselpulver har testats med olika stationära och transienta metoder. En inom projektet utvecklad testbädd som kan anslutas till TPS instrument (Transient Plane Source sensor), har använts för att mäta värmeledningsförmågan hos kärnmaterial för VIP:ar, vid varierande gastryck och olika mekaniska laster. Slutsatsen blev att transienta metoder är mindre lämpliga för utföra mätningar av värmeledningsförmåga för nanoporösa kiselpulver låg densitet. Avvikelsen i resultaten är dock minimal för densiteter ovan en gräns då värmeledningen genom fasta material blir dominerande jämfört med värmeöverföring genom strålning. Det andra syftet har varit att föreslå ett nytt monteringssystem för VIP:ar som kan användas för att förbättra energieffektiviteten i byggnader som är typiska för Miljonprogrammet. Genom parametrisk analys och dynamiska simuleringar har vi kommit fram till ett förslag på ett nytt monteringssystem för VIP:ar som har utvärderats genom fullskaleförsök i klimatkammare. Resultaten från fullskaleförsöken visar att den nya tekniska lösningen förbättrar väggens U-värde med upp till 56 %. En förbättrad värmegenomgångskoefficienten för väggen i mitten av en VIP blev mellan 0.118 till 0,132 W m-2K-1 och värmeledningstalet centre-av-panel 7 mW m-1K-1 uppnåddes. Detta arbete innehåller dessutom en ny metod för att mäta köldbryggor i anslutningar med hjälp av infraröd termografi. En effektiv värmeledningsförmåga för 10.9 mW m-1K-1 uppnåddes. Resultaten tyder även på att den verkliga termiska prestandan av VIP:ar i konstruktioner är något sämre än mätvärden för paneler i laboratorium. En effektiv värmeledningsförmåga av 10.9 mW m-1K-1 ger dock väggkonstruktionen en utmärkt termisk prestanda. Det tredje syftet har varit att bedöma miljöpåverkan av en VIP-isolerad byggnad, från produktion till drift, eftersom en livscykelanalys av hela byggnader som är isolerade med vakuumisoleringspaneler inte har gjorts tidigare. Slutsatsen var att VIP:ar har en större miljöpåverkan än traditionell isolering, i alla kategorier förutom ozonnedbrytande potential. VIP:ar har en mätbar påverkan på de totala utsläppen av växthusgaser och primärenergianvändningen i byggnader när både produktion och drift beaktas. Miljöpåverkan av de använda VIP:arna är dock positiv jämfört med GWP av en standardbyggnad (en minskning med 6 %) medan primärenergianvändningen ökade med 20 %. Slutsatsen var att ytterligare användning av VIP:ar gynnas av reducerad energiförbrukning och alternativa energikällor i produktionen av nanoporösa kiselpulver medan användningen av alternativa kärnmaterial och återvinning av VIP kärnor kan hjälpa till att minska miljöpåverkan. En känslighetsanalys visade att valet av VIP:ar har en betydande inverkan på miljöpåverkan, vilket ger möjlighet att reducera den totala användningen av primärenergi i en byggnad med 12 % och utsläppen av växthusgaser kan vara minska, så mycket som 11 % när det gäller både produktion och drift under 50 år. Avslutningsvis är det möjligt att dra slutsatsen att VIP:ar är ett mycket konkurrenskraftigt alternativ för att isolera byggnader som är typiska för Miljonprogrammet. Dock krävs ytterligare undersökningar för att minimera de mätbara miljöeffekter som förvärvats i denna LCA-studie för VIP-isolerade byggnader.

QC 20151109

Simulations of heat and moisture conditions in a retrofit wall construction with Vacuum Insulation Panels
Textural and thermal conductivity properties of a low density mesoporous silica material
A study of the thermal conductivity of granular silica materials for VIPs at different levels of gaseous pressure and external loads
Evaluation of the thermal conductivity of a new nanoporous silica material for VIPs – trends of thermal conductivity versus density
A comparative study of the environmental impact of Swedish residential buildings with vacuum insulation panels
ETICS with VIPs for improving buildings from the Swedish million unit program “Miljonprogrammet”