Warum Gebäude mit Carbonfaser-Heizfolie heizen?
Eine Carbonfaser-Heizfolie ist hauchdünn, vollflächig, durchbohrbar, nicht brennbar und übersteht zwanzig Jahre Heizzyklen. Warum das Material entscheidet.
Alles, was unsere Heizsysteme auszeichnet – die geringe Dicke, die vollflächige Wärme, die Tatsache, dass man hindurchbohren kann und das Element trotzdem weiterarbeitet –, geht auf die Wahl des Materials zurück. Es lohnt sich also zu erklären, was Carbonfaser ist und warum sie sich – verarbeitet zur Carbonfaser-Heizfolie – als das richtige Material zum Beheizen von Gebäuden erwiesen hat.
Was Carbonfaser ist
Am Anfang der Carbonfaser steht PAN – Polyacrylnitril –, ein Polymer auf Acrylbasis, das zu einer weißen Vorläuferfaser extrudiert wird. Diese Faser durchläuft anschließend eine Reihe von Wärmebehandlungen: Oxidation bei 200 bis 300 °C, Carbonisierung bei 1000 bis 2000 °C und Graphitierung bei 2000 bis 3000 °C, gefolgt von einer Oberflächenbehandlung.
Das Ergebnis lässt sich zu Geweben, Vliesen, unidirektionalen Bändern, Kurzfasern und Prepregs verarbeiten und findet sich in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in Sportartikeln, in Wearables – und in der Beheizung von Gebäuden.
Dass sie diese Bandbreite abdeckt, liegt an ihrem physikalischen und chemischen Verhalten.
Fest und sehr leicht
Carbonfaser besitzt eine außergewöhnliche spezifische Steifigkeit und Festigkeit: Hochfeste Typen erreichen 4 bis 5 GPa Zugfestigkeit und 250 bis 300 GPa Zugmodul, bei etwa einem Viertel der Dichte von Stahl.
Für ein Heizelement hat das zwei Folgen.
Erstens kann es dünn sein. Unsere Folien sind nur Bruchteile eines Millimeters dick und dennoch strukturell stabil – deshalb lässt sich das Element in einen Schichtaufbau integrieren, ohne dass jemand etwas davon bemerkt.
Zweitens hat es sehr wenig Masse. Geringe Masse bedeutet sehr geringe thermische Trägheit: Das Element erreicht seine Betriebstemperatur in Minuten und kühlt ebenso schnell ab. Diese Reaktionsschnelligkeit macht Zeitsteuerung und Zonenregelung erst lohnend – und sie ist das Gegenteil eines Estrichs.
Ihr elektrisches Verhalten macht sie zum Heizelement
Im Vergleich zu Metallen ist Carbonfaser ein Halbleiter, mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von typischerweise 15 bis 17 µΩ·m.
Genau auf diesen Widerstand kommt es an. Fließt Strom hindurch, wird Energie als Wärme abgegeben – eine Widerstandsheizung, aber eine, die über eine ganze Fläche verteilt ist, statt in einem Draht konzentriert zu sein.
Edison hat das Prinzip 1880 erkannt, als der Glühfaden seiner Lampe aus carbonisierter Baumwolle bestand. Dieselbe Physik, eine recht andere Anwendung.
Warum eine Carbonfaser-Heizfolie kaum altert
Das ist die Eigenschaft, die bei etwas, das man in einem Gebäude verbauen will, am meisten zählt.
Wiederholtes Ausdehnen und Zusammenziehen ist es, was die meisten Heizelemente irgendwann zerstört. Carbonfaser steckt das weitgehend weg: Ihre hohe Zug- und Druckfestigkeit erlaubt es ihr, die thermischen Spannungen der Heizzyklen aufzunehmen, und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient ist in Faserrichtung gering. In einem regellos orientierten Aufbau wie unserem lässt sich der effektive Wärmeausdehnungskoeffizient an das Material anpassen, mit dem das Element verbunden ist – sodass sich Element und umgebender Putz gemeinsam bewegen, statt gegeneinander zu arbeiten.
Sie ist außerdem bemerkenswert ermüdungsbeständig und übersteht Millionen von Zyklen. Carbonfaser-Verbundwerkstoffe erreichen eine Dauerfestigkeit von rund 80 % ihrer statischen Zugfestigkeit; bei Stahl sind es typischerweise weniger als 50 %.
Praktisch heißt das: Ein heute installiertes Element sollte in zwanzig Jahren noch dieselbe Wärme liefern. Wir haben das unabhängig prüfen lassen, mit einer Simulation von zwanzig Jahren Betrieb – und die Zugfestigkeit der Folie war im Verlauf der Prüfung sogar gestiegen. Den Bericht senden wir Ihnen gern zu.
Sie übersteht den Einbau
Baumaterialien werden angebohrt, verschraubt, verklebt und überdeckt. Ein Element, das das nicht verträgt, ist kein Bauprodukt.
Dank der regellosen Faserstruktur ist die Folie unempfindlich gegenüber örtlichen Beschädigungen: Durchbohrt man sie, arbeitet sie weiter, weil der Strom einfach durch die umliegenden Fasern um das Loch herumfließt. Es gibt keinen einzelnen Leiter, der durchtrennt werden könnte. Außerdem ist sie chemisch inert und wird von der großen Mehrzahl der Stoffe, mit denen sie in Berührung kommt, nicht angegriffen.
Zusammen erlauben es diese beiden Eigenschaften, die Folie in Putz, Klebstoffe, Ausgleichsmassen, Kunststoffe und Polymerbeschichtungen einzulaminieren oder einzubetten, ohne dass das umgebende Material sie nach und nach zerstört. Deshalb ist es auch nicht die Katastrophe, die viele befürchten, später in eine beheizte Wand zu bohren.
Feuer und Wasser
Carbonfaser gilt als nicht brennbar und hat keinen Flammpunkt. Hält man sie in Gegenwart von Brennstoff in eine Flamme, oxidiert sie irgendwann, doch sobald die Flamme entfernt wird, brennt nichts weiter. Es gibt keine selbstständig fortschreitende Verbrennung.
Sie ist außerdem nicht hygroskopisch und korrodiert nicht – sie nimmt also weder Wasser auf, noch rostet sie. Das qualifiziert sie für Badezimmer, Nassräume und dauerhaftes Eintauchen, und darauf beruhen die Wassertauchprüfungen hinter unseren Fußbodensystemen.
Und sie hat Zukunft
Carbonfaser ist im Kern Kohlenstoff. Das eröffnet Wege, die Metallen verschlossen sind: Vorläuferstoffe aus organischen Quellen und Algen sowie Recyclingverfahren, die mit erneuerbarer Energie betrieben werden.
Für uns ist die Bilanz einfach. Carbonfaser ist der Grund, warum das Element 0,4 mm dünn, vollflächig, über seine gesamte Fläche erdbar und sicher für die gesamte Lebensdauer eines Gebäudes verbaubar sein kann. Kein anderes Material, das wir gefunden haben, vereint all das.
