Isolatie-innovaties voor meer én minder warmte
Om huizen en gebouwen steeds beter te isoleren zijn innovaties broodnodig. Het succesvol naar beneden krijgen van de RC-waardes valt of staat met beklijvende innovaties. In deze special bekijken we twee van dat soort veelbelovende producten: nanoschuim op houtvezelbasis en zeepsops-isolatie.
Auteur: Harmen Weijer
Kleine houtvezels vormen volgende generatie duurzame isolatie
Foto: Varvara Apostolopoulou Kalkavoura
Door een beetje water toe te voegen aan nanoschuimen op houtbasis worden ze omgezet in superisolerende materialen. Dit verrassende resultaat van onderzoek aan de Universiteit van Stockholm is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Matter.
Dat hebben onderzoekers van de Universiteit van Stockholm met hun partners aangetoond, zoals ze eind vorig jaar in het tijdschrift Matter hebben gepubliceerd. Bij een hogere luchtvochtigheid sijpelt water in de ruimtes van kleine houten vezelroosters van nano-formaat. Daardoor zwelt het isolatiemateriaal op en kan de warmte er niet doorheen gaan. Deze zogeheten superisolerende nanofibrillaire schuimen zouden dergelijke op hout gebaseerde producten de gangbare, niet-hernieuwbare producten kunnen vervangen. Vooral bij renovaties van oudere woningen en gebouwen kan dit interessant omdat er geen binnenruimteverlies optreedt en de gevel zowel binnen als buiten niet hoeft te worden aangepast..
Het nieuwe nanoschuim.
Begonnen met cellulosepulp
Lennart Bergström, materiaalkundige en professor aan de Universiteit van Stockholm, leidde het diverse team van onderzoekers van universiteiten in Zweden, Japan en de VS. Het team begon met cellulosepulp, waarmee papier wordt gemaakt, van het Zweedse houtproductenbedrijf Domsjö Fabriker. Ze braken de toch al kleine vezels af tot nog kleinere nanodeeltjes van houten cellulose, opgelost in water.
Vervolgens gebruikten de onderzoekers ijs als sjabloon om het nanofibril-mengsel tot schuim te bevriezen: de minuscule houtdeeltjes werden samengedrukt door de groeiende ijskristallen, waardoor een soort gaas ontstond. Eenmaal gevriesdroogd maten de onderzoekers de warmtestroom door het schuim in een speciaal gemaakt apparaat dat zowel de luchtvochtigheid als de temperatuur kan regelen en bewaken.
Relatieve vochtigheid regelde de warmtestroom door het materiaal. Water dat in het nanoschuim werd opgenomen, resulteerde in feite in een afname van de warmtestroom, precies wat nodig is in isolatiematerialen.
Bij een hogere luchtvochtigheid sijpelde water in de ruimtes tussen de vezels in de wanden van het op hout gebaseerde nanoschuim, waardoor een deel van de lucht die daar aanvankelijk werd vastgehouden werd vervangen en tegelijkertijd de wanden uitzetten. Door het kleine formaat van de houten vezels nam het aantal grensvlakken in het materiaal toe, en door de opname van water werden de vezels van elkaar gescheiden, waardoor de warmtestroom afnam en het schuim efficiënter werd als isolatiemateriaal.
“Dat was de grote verrassing van dit onderzoek. Het is de eerste keer dat iemand heeft aangetoond dat wateropname een materiaal superisolerend kan maken ”, zegt Lennart Bergström.
Alle biopolymeren zijn hydroscopisch, zegt Lennart Bergström, wat betekent dat ze “van water houden, ze nemen water op”. Polymeren op basis van fossiele brandstoffen “reageren niet op vocht. Men denkt dat dit om twee redenen goed is: ze isoleren onafhankelijk van vocht en er is geen schimmel. ”
Opschaling
De volgende stap is dat het team de nanomaterialen ontwerpt en aanpast om de isolatieprestaties te optimaliseren bij verschillende vochtigheidsniveaus of waterniveaus in het nanomateriaal. Vervolgens willen de onderzoekers een manier vinden om hun productiemethoden op te schalen, om panelen op bouwformaat te maken van hun houten nanoschuimisolatie.
Daarbij hebben ze wel te maken met concurrentie op dit gebied. Andere onderzoekers hebben geprobeerd schuimen op nanoschaal te maken van materialen als grafeen en suikerriet, en zoeken naar snellere en grotere productiemethoden. Lennart Bergström en zijn collega’s hopen dat industriële interesse en partnerschappen hun werk zullen bevorderen, waardoor ze voorop blijven lopen in het veld.
Zeepsop-isolatie voor glazen gevels
In Noorwegen heeft BBBLS een kasconstructie bij een school neergezet, die dienstdoet als biologielokaal. Hier zijn de zeepsopbubbels nog niet aangemaakt.
Veel isolatiemiddelen worden in spouwmuren aangebracht, maar wat nu als de gevels van geheel glas zijn? Meestal wordt er een warmtewerende folie aangebracht, maar dat gaat vaak ten koste de lichtinval. De Nederlandse startup BBBLS heeft daarop iets gevonden: zeepsop-isolatie.
Zeepsop? U leest het goed, maar als je er eens goed over nadenkt is het net zo logisch als spouwen vullen met isolatiemiddel. Iedereen die ook maar iets weet van natuurkunde, weet dat stilstaande lucht heel goed isoleert. Bij BBBLS hebben ze dat vertaald door luchtbellen te maken en deze tussen twee lagen in te brengen, vertelt mede-oprichter Anton Paardekooper. “Ons systeem bestaat uit twee panelen van etfe-folie en een reservoir met zeep. Tussen die lagen blazen we zeepsopbellen met uiteraard lucht. Omdat dit stilstaande lucht is, isoleert dit heel goed, terwijl tegelijkertijd ze transparant genoeg zijn om licht door te laten. Zeepbellen gedragen zich anders dan als je gewoon lucht tussen twee transparante lagen met een warmtewerende folie hebt, want je krijgt onherroepelijk trek en warmteoverdracht. Het warmteverlies is dan 5,5 W/m2 en ons systeem heeft slechts een warmteverlies van 0,5 W/m2. Dat is vergelijkbaar met damwandpanelen, maar die geven geen licht door.”
Om het lokaal te isoleren is tussen de glaspanelen zeepsop aangemaakt.
Isolerend én warmtewerend
Het systeem heeft twee standen: voor ’s nachts om te isoleren en voor overdag om in de zomer warmte te weren. “In de nacht zorgen de geblazen zeepbellen voor isolatie, en overdag kunnen die bellen worden ‘doorgeprikt’ en heb je een geheel transparante, lichtdoorlatende gevel. Het werkt ook warmtewerend in de zomer, want de zeepbellen houden ongeveer 50 procent van de zonnewarmte tegen.”
Achter de constructie is de zeepsopmachine opgesteld.
Paardekooper weet dit, omdat BBBLS al enkele projecten in de kassenbouw met deze methode heeft uitgevoerd. Maar voor gebouwen met veel open, glazen gevels is dit systeem goed te gebruiken. “Ik maak wel eens de grap dat ons systeem ideaal is voor de Markthal in Rotterdam; daar is het in de winter te koud en in de zomer niet te harden door de warmte. Het is dus interessant voor grote atria van kantoren en winkelcentra, maar ook voor scholen met glasoppervlak en lichtstraten. Kortom: daar waar licht een belangrijke functie heeft, maar de isolatie te kort schiet.” Paardekooper noemt als voorbeeld de uitbreiding van het oude gebouw van de faculteit Bouwkunde van de TU Delft. “Daar hebben ze een glasgevel tegen aangezet, maar dat had ook met ons systeem gedaan kunnen worden.”
Het aanbrengen van het systeem is overigens bijzonder eenvoudig. “We bouwen om de staalconstructie van het gebouw een binnen- en een buitenlaag op basis van aluminium profielen. Daar omheen spannen we de etfe-folie, waar binnen de zeepsopbellen worden geblazen. Deze manier van bouwen is in de kassenbouw al gebruikelijk, maar kan ook in de gebouwde omgeving worden toegepast. We hebben het in Noorwegen al gebruikt in enkele scholen, waar de leslokalen met deze constructie zijn bedekt.”
Nadat de panelen gevuld zijn, is het resultaat een geïsoleerde, maar toch nog lichte ruimte.
Grote geveloppervlakten
In Nederland heeft Paardekooper het bij architectenbureaus onder de aandacht gebracht. “Die reageerden enthousiast, want het biedt naast de isolerende werking ook de mogelijkheid om grote transparante oppervlakten te creëren zonder last te hebben van een schaduwmakend roedesysteem. We hebben bij de Noorse scholen panelen van 3 meter breed en 4 meter hoog gebruikt.”
Hoewel BBBLS de afgelopen jaren voornamelijk bezig is geweest in de glastuinbouw, en met de Noorse scholen nog maar net de eerste stappen in de gebouwde omgeving heeft gezet, ziet Paardekooper wel degelijk mogelijkheden voor de bouw en renovatiesector in Nederland. “Als je grote geveloppervlakten gaat renoveren en je wilt meer lichtinval creëren, kan dit een goede oplossing zijn. En wat betreft de levensduur: er staat in Japan een dergelijke kas constructie met folie die al 15 jaar staat zonder slijtageproblemen.”
