Innovation verändert die Welt
Y-Warm, Polyesterfaserfüllungen und Daunen tragen dazu bei, Wärmeverluste zu verringern. Ihre Dämmwirkung beruht jedoch auf grundlegend unterschiedlichen Materialstrukturen.
Daunen und synthetische Faserfüllungen nutzen vor allem Bauschkraft: Ihre dreidimensionalen Strukturen schließen große Mengen relativ ruhender Luft ein und bilden dadurch eine dicke Dämmschicht.
Y-Warm nutzt eine andere Struktur: Statt auf Bauschkraft und Volumen zu setzen, begrenzt das Material den Wärmetransport mithilfe einer hochporösen, geschlossenzelligen Struktur auf sehr geringer Dicke.
Der Unterschied lässt sich anhand der drei grundlegenden Arten des Wärmetransports erklären: Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung.
1. Wärmeleitung: Eingeschlossene Luft und geschlossenzellige Struktur
Daunen und Polyesterfaserfüllungen
Daunen und synthetische Faserfüllungen bilden dreidimensionale Netzwerke mit zahlreichen kleinen Lufträumen.
Ruhende Luft hat bei Raumtemperatur eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,026 W/(m·K). Wird sie in einer ausreichend dicken Struktur eingeschlossen, verlangsamt dies die Wärmeleitung.
Deshalb sind Bauschkraft und Dicke entscheidende Faktoren für die Dämmleistung herkömmlicher Füllungen. Im Allgemeinen bildet eine stärker aufgebauschte Füllung eine dickere Schicht eingeschlossener Luft und erreicht damit einen höheren Wärmewiderstand – vorausgesetzt, die Luftbewegung innerhalb der Struktur bleibt begrenzt.
Y-Warm
Y-Warm benötigt keine dicke, aufgebauschte Schicht.
In einer etwa 1 mm dicken Schicht Y-Warm können sich pro Quadratzentimeter mehr als 10.000 voneinander getrennte Zellen im Mikrometerbereich befinden. Sie sind durch extrem dünne Zellwände voneinander abgegrenzt.
Diese hochporöse, geschlossenzellige Struktur begrenzt die Gasbewegung und verkürzt die zusammenhängenden Wärmeleitungswege im Feststoff. Dadurch erreicht Y-Warm eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei wesentlich geringerer Materialdicke.
Der wesentliche Unterschied lautet:
Daunen und Faserfüllungen erzielen Wärmewiderstand vor allem durch Dicke und eingeschlossene Luft. Y-Warm nutzt dafür eine gezielt entwickelte Porenstruktur auf deutlich kleinerer Skala.
2. Konvektion: Unterschiedliche Wege, die Luftbewegung zu begrenzen
Daunen und Polyesterfaserfüllungen
Konvektion entsteht, wenn sich ein Gas bewegt und dabei Wärme transportiert.
Bei Daunen und synthetischen Füllungen unterteilt das komplexe Netzwerk aus Fasern oder Daunenbüscheln das Luftvolumen in zahlreiche kleinere Räume. Dadurch wird eine großräumige Luftzirkulation begrenzt.
Auch Oberstoff und Futter eines Kleidungsstücks beeinflussen die Luftströmung durch das gesamte Dämmsystem. Behält die Füllung ausreichend Volumen und bleibt die Luftbewegung begrenzt, lässt sich der konvektive Wärmetransport wirksam verringern.
Y-Warm
Y-Warm begrenzt die Gasbewegung auf andere Weise.
Seine geschlossenzellige Struktur teilt das eingeschlossene Gas in zahlreiche voneinander getrennte mikroskopische Räume auf. Da die Zellen nicht durchgängig miteinander verbunden sind, ist eine großräumige Gaszirkulation innerhalb des Materials stark eingeschränkt.
Die geringe Größe der Zellen erschwert außerdem die Entstehung auftriebsbedingter Konvektion. Y-Warm begrenzt die interne Gasbewegung somit durch seine Zellstruktur, ohne dafür eine dicke, aufgebauschte Luftschicht zu benötigen.
3. Strahlung: Der Einfluss poröser Strukturen auf den Strahlungswärmeaustausch
Wärmestrahlung überträgt Energie durch elektromagnetische Wellen und ist ein weiterer Bestandteil des Wärmetransports durch Dämmsysteme.
Daunen und Polyesterfaserfüllungen
Bei Daunen und synthetischen Faserfüllungen trifft Wärmestrahlung auf die zahlreichen Oberflächen der Fasern und Daunenbüschel.
Diese Oberflächen absorbieren, emittieren und streuen Strahlung. Zusammen mit der Dicke der Dämmschicht können diese Wechselwirkungen den Strahlungswärmetransport durch das gesamte System verringern.
Y-Warm
Y-Warm besitzt eine hochporöse feste Struktur mit Zellwänden von etwa 20–280 Nanometern Dicke.
Die große innere Oberfläche und die zahlreichen Grenzflächen zwischen Feststoff und Poren beeinflussen, wie Wärmestrahlung im Material absorbiert, emittiert und übertragen wird.
Unter festgelegten Prüfbedingungen weist Y-Warm zudem eine Emissivität im fernen Infrarotbereich von über 0,9 auf.
Die Emissivität allein ist jedoch kein direktes Maß für die Dämmleistung. Der gesamte Wärmetransport hängt vom Zusammenspiel von Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung, Materialdicke, Struktur und Randbedingungen ab. Für die Bewertung der Dämmleistung bleiben daher Messungen der Wärmeleitfähigkeit und thermische Prüfungen des gesamten Systems erforderlich.
4. Kompression: Warum Bauschkraft eine Rolle spielt
Das Verhalten unter Druck ist ein wichtiger praktischer Unterschied zwischen aufgebauschten Füllungen und strukturell porösen Dämmstoffen.
Daunen und Polyesterfaserfüllungen
Bei Daunen und synthetischen Faserfüllungen hängt die Dämmleistung eng mit der Bauschkraft zusammen. Wird die Füllung komprimiert,
nimmt die Dicke der Dämmschicht ab;
verringert sich das Volumen der eingeschlossenen Luft;
rücken Fasern oder Daunenbüschel näher zusammen;
sinkt der Wärmewiderstand im Allgemeinen.
Deshalb kann sich die Dämmleistung solcher Füllungen unter Druck erheblich verändern. Besonders relevant ist dies für Schuhe, Handschuhe, Sitzmöbel, Schutzausrüstung und eng anliegende Kleidung, bei denen die Dämmung wiederholt oder über längere Zeit komprimiert werden kann.
Y-Warm
Y-Warm benötigt zur Ausbildung seiner Dämmstruktur keine makroskopische Bauschkraft. Seine thermischen Eigenschaften beruhen vor allem auf einer gezielt entwickelten porösen Struktur mit zahlreichen mikroskopischen, geschlossenen Zellen.
Da diese Struktur im Material selbst liegt und keine dicke, aufgebauschte Schicht voraussetzt, kann Y-Warm seinen strukturellen Dämmmechanismus auch dort nutzen, wo für eine Dämmschicht nur wenig Platz verfügbar ist.
Die flexible Porenstruktur ist zudem darauf ausgelegt, sich nach üblichem Biegen und Zusammendrücken wieder zu erholen. Die Leistung unter konkreten Belastungen sollte dennoch entsprechend den Anforderungen des fertigen Produkts geprüft werden.
5. Warum die Dicke entscheidend bleibt
Für eine homogene Materialschicht lässt sich der Wärmewiderstand näherungsweise wie folgt berechnen:
R = d / λ
Dabei gilt:
R = Wärmewiderstand in m²·K/W
d = Materialdicke in m
λ = Wärmeleitfähigkeit in W/(m·K)
Diese Beziehung verdeutlicht den Unterschied zwischen herkömmlichen aufgebauschten Füllungen und ultradünnen Dämmmaterialien.
Bei Daunen und synthetischen Füllungen wird ein höherer Wärmewiderstand im Allgemeinen durch eine größere Dicke d der Dämmschicht erzielt. Y-Warm wurde dagegen entwickelt, um eine geringe Wärmeleitfähigkeit λ des Materials zu erreichen.
Für die Produktentwicklung ergeben sich daraus zwei Ansätze:
Herkömmliche Füllungen: mehr Füllvolumen → größere Dicke → höherer Wärmewiderstand
Y-Warm: geringere Wärmeleitfähigkeit → höherer Wärmewiderstand bei begrenzter Dicke
Die Dicke bleibt dennoch wichtig: Der Wärmewiderstand hängt stets sowohl von der Wärmeleitfähigkeit als auch von der Dicke ab. Unter vergleichbaren Bedingungen kann ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit einen bestimmten Wärmewiderstand jedoch bei geringerer Dicke erreichen als ein Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit.
Y-Warm, Daunen und Polyesterfaserfüllungen im Vergleich
Eigenschaft | Daunen | Polyesterfaserfüllung | Y-Warm |
Primäre Dämmstruktur | Aufgebauschte Daunenbüschel | Aufgebauschtes Fasernetzwerk | Gezielt entwickelte, geschlossenzellige Porenstruktur |
Grundlegendes Dämmprinzip | Schließt relativ ruhende Luft ein | Schließt relativ ruhende Luft ein | Begrenzt den Wärmetransport innerhalb einer porösen Struktur |
Abhängigkeit von Bauschkraft | Hoch | Hoch | Gering |
Bedeutung der Dicke | Hoch | Hoch | Die geringe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht den Einsatz bei geringerer Dicke |
Interne Gasstruktur | Miteinander verbundene Lufträume | Miteinander verbundene Lufträume | Voneinander getrennte mikroskopische Zellen |
Verhalten bei Kompression | Der Wärmewiderstand sinkt im Allgemeinen, wenn die Bauschkraft abnimmt | Der Wärmewiderstand sinkt im Allgemeinen, wenn die Bauschkraft abnimmt | Nicht auf makroskopische Bauschkraft angewiesen |
Flexibilität | Sehr hoch | Sehr hoch | Sehr hoch |
Feuchtigkeitsverhalten | Hängt wesentlich von der Behandlung der Daunen und der Produktkonstruktion ab | Hängt von den Fasern und der Produktkonstruktion ab | Wasserdampfdurchlässig und schnell trocknend |
Typischer Konstruktionsansatz | Leichte, aufgebauschte Füllung | Synthetische, aufgebauschte Füllung | Ultradünne, strukturelle Dämmung |
Fazit: Zwei unterschiedliche Ansätze zur Wärmedämmung
Daunen und Polyesterfaserfüllungen sind wirksame Dämmstoffe, weil ihre dreidimensionalen Strukturen große Mengen relativ ruhender Luft einschließen.
Ihre Dämmleistung hängt daher wesentlich von Bauschkraft, Dicke, Faser- oder Federstruktur, Kompression, Feuchtigkeitsbedingungen und Produktkonstruktion ab.
Y-Warm nutzt eine andere Materialstruktur. Statt eine dicke Schicht eingeschlossener Luft aufzubauen, verwendet es eine gezielt entwickelte, geschlossenzellige Porenstruktur. Bei einer Materialdicke von etwa 1 mm können sich darin pro Quadratzentimeter mehr als 10.000 voneinander getrennte Zellen im Mikrometerbereich befinden.
Seine thermischen Eigenschaften werden daher vor allem von Wärmeleitfähigkeit, Porosität, Zellstruktur, Zellwanddicke, Anteil geschlossener Zellen, Materialdicke und Umgebungsbedingungen bestimmt.
Der grundlegende Unterschied lässt sich so zusammenfassen:
Daunen und Faserfüllungen dämmen vor allem durch Bauschkraft. Y-Warm nutzt geschlossene Zellen mit nanometerdünnen Wänden, um Wärmedämmung bei sehr geringer Dicke zu ermöglichen.
Für Bekleidung, Schuhe, Handschuhe, Outdoor-Ausrüstung und andere Produkte, bei denen Wärmedämmung, geringe Dicke, geringes Gewicht, Flexibilität und Gestaltungsfreiheit zusammenkommen müssen, eröffnet dies einen anderen konstruktiven Ansatz.
