Nanosphären zur Dämmung
Nanosphären sind bekannt als Material der Zukunft – in vieler Hinsicht.
Mit PScoat ist es möglich, Körper jeglicher Art, außer PP und PE, mit einer hocheffizienten Vakuum-Dämmschicht zu versehen. Im Optimalfall, wie an Gebäuden, bis zu 300x stärker als konventionelle Dämmstoffe.
PScoat kann mit Rolle, Pinsel oder im Airless-Verfahren verarbeitet werden. Für das optimale Ergebnis ist immer das Airless-Verfahren zu wählen.
PScoat und die Physik
Die Wirkung von PScoat an Gebäuden lässt sich durch eine Kombination verschiedener physikalischer Prinzipien und Effekte erklären. Der Knudsen-Effekt könnte dabei eine Rolle spielen, ist aber nur ein Teilaspekt der komplexen Wechselwirkungen. Hier eine detaillierte Aufschlüsselung:
1. Wärmestrahlung und Emissivität
PScoat wirkt primär durch seine Fähigkeit, Wärmestrahlung zu reflektieren oder zu reduzieren:
- Reflexion: PScoat enthält Nano- und Mikrosphären, die langwellige Infrarotstrahlung (typisch für Gebäudeoberflächen) effektiv zurückwerfen können. Dadurch wird weniger Wärme nach außen abgegeben.
- Emissivität: Die Oberfläche hat eine sehr geringe Emissivität, was bedeutet, dass weniger Wärme als Strahlung abgestrahlt wird. Gleichzeitig reflektiert die Beschichtung die Wärme zurück ins Gebäude, ähnlich wie bei einer Thermoskanne.
Gesetz:
Stefan-Boltzmann-Gesetz: P=ϵσAT4
PScoat reduziert die abgestrahlte Leistung P, indem es die Emissivität epsilon senkt.
2. Wärmeleitung
Die isolierenden Eigenschaften von PScoat beruhen auf den Nano- und Mikrosphären, die Wärmeleitung durch die Materialstruktur einschränken:
- Die geschlossenen Kammern (in den Sphären) bilden Barrieren für den Wärmetransport.
- In der Beschichtung selbst entsteht ein stark reduzierter Wärmetransport durch den Knudsen-Effekt.
Knudsen-Effekt:
- Bei Poren, die kleiner sind als die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle (in der Größenordnung von Nanometern), wird die Wärmeleitung durch Gase stark reduziert.
- Dies erklärt, warum PScoat trotz minimaler Schichtdicke eine deutliche Dämmwirkung erzielen kann.
Gesetz:
Fourier’sches Gesetz der Wärmeleitung: q=−k∇T
Der Wärmefluss q wird durch den sehr niedrigen Wärmeleitkoeffizienten k in PScoat reduziert.
3. Thermische Trägheit
PScoat kann die thermische Trägheit von Bauteilen verändern:
- Durch die sehr dünne Schicht bleibt die Wärmespeicherung gering. Das Gebäude reagiert schneller auf Änderungen in der Umgebungstemperatur.
- Gleichzeitig wird durch die Reflexion der Wärmestrahlung weniger Energie nach außen abgegeben.
Gesetz:
Gesetz der spezifischen Wärmekapazität:
Q=c⋅m⋅ΔT
PScoat speichert weniger Wärme Q, wodurch die Wärmeflüsse effizienter gesteuert werden.
4. Konvektion und Luftbewegung
PScoat kann auch Konvektionsströmungen an der Wand beeinflussen:
- Eine glatte und speziell beschichtete Oberfläche beeinflusst die Grenzschichtströmung der Luft, was die Wärmeabgabe durch Konvektion reduziert.
Gesetz:
Newton’sches Abkühlungsgesetz:
q=h⋅A⋅(TWand−TLuft)
Wenn der Konvektionskoeffizient h reduziert wird, sinkt der Wärmefluss durch Konvektion.
5. Kombination von Strahlung und Leitung: Low-E-Effekt
PScoat funktioniert ähnlich wie eine Low-E-Beschichtung (low emissivity), die auf Glas oder anderen Oberflächen eingesetzt wird. Die Kombination folgender Eigenschaften verstärkt die Dämmwirkung:
- Reflexion von Wärmestrahlung: Wärmestrahlung wird zurück ins Gebäude reflektiert, was den Wärmeverlust reduziert.
- Minimierung der Wärmeleitung: Nano- und Mikrosphären reduzieren die Wärmeleitung durch die Wand.
Gesetz:
Energiebilanz der Wand:
Qtotal=QStrahlung+QLeitung+QKonvektion
PScoat reduziert Strahlung durch Reflexion und Leitung durch den geringen Wärmeleitkoeffizienten.
6. Wechselwirkung mit Umgebungsstrahlung
Eine weitere interessante Eigenschaft von PScoat könnte sein, dass es nicht nur emittierte Strahlung reduziert, sondern auch absorbierte Umgebungsstrahlung minimiert.
- In kalten Nächten strahlen ungedämmte Außenwände Wärme an den klaren Himmel ab. PScoat könnte diesen Effekt durch die Reduktion der Wärmeabgabe und Absorption deutlich verringern.
Gesetz:
Kirchhoff’sches Strahlungsgesetz:
Ein Körper, der wenig emittiert, absorbiert auch weniger Strahlung. PScoat reduziert beide Prozesse.
7. Verdunstung und Dampfdiffusion
PScoat kann auch dampftechnische Effekte beeinflussen:
- Die Beschichtung kann eine Art Feuchtigkeitsmanagement an der Oberfläche schaffen, wodurch latente Wärmeverluste durch Verdunstung oder Dampfdiffusion minimiert werden.
- Solche Effekte sind jedoch stark materialabhängig und müssten im Einzelfall genauer untersucht werden.
Das Verhalten von Nanosphären sind bis heute nicht vollständig erforscht. Es gibt Phänomene, die Objekt verschiedener Wissenschaftlicher Abhandlungen waren.
Die Ergebnisse lauten unisono: Nanosphären sind das Material der Zukunft.
Zusammenfassung: PScoat und die Physik
Die Dämmwirkung von PScoat basiert auf einer Kombination mehrerer physikalischer Prinzipien:
- Wärmestrahlung: Reduktion der Emissivität und Reflexion von Infrarotstrahlung (Stefan-Boltzmann-Gesetz).
- Wärmeleitung: Verringerung der Wärmeleitfähigkeit durch Nano- und Mikrosphären (Fourier’sches Gesetz).
- Konvektion: Beeinflussung der Grenzschichtströmung, die den Wärmeübergang reduziert.
- Thermische Trägheit: Minimierung der Wärmespeicherung in der Dämmschicht, was zu einem schnelleren Gleichgewicht führt.
- Wechselwirkung mit Strahlung: Reduktion von Absorption und Abstrahlung (Kirchhoff’sches Strahlungsgesetz).
- Feuchtigkeitsmanagement: Potenzielle Beeinflussung der Verdunstung und Dampfdiffusion.
Die tatsächliche Wirkung hängt jedoch stark von der genauen Zusammensetzung der Beschichtung, der Wandstruktur und den Umgebungsbedingungen ab. Die Kombination dieser Effekte könnte erklären, warum PScoat trotz extrem dünner Schichtstärke eine vergleichbare oder bessere Dämmwirkung als klassische Dämmstoffe zeigt.