RM Rudolf Müller

Planung
05. November 2020 | Artikel teilen Artikel teilen

Effektive Dämmlösungen in der Industrie

Extreme Witterungseinflüsse strapazieren die Dämmung nachhaltig: Da ist gekonnter Schutz erforderlich.

Abb. 1: Extreme Witterungseinflüsse strapazieren die Dämmung nachhaltig: Da ist gekonnter Schutz erforderlich. (Bild: Paroc)

Effektive Dämmlösungen in der Industrie können Energie sparen, Kosten senken und den CO2-Ausstoß verringern. Denn Studien zeigen, dass selbst kleine Fehler oder Mängel bei der Dämmung von industriellen Anlagen einen viel größeren Einfluss auf den absoluten Wärmeverlust haben können, als eine unzureichende Dämmung von Gebäudeaußenwänden. Der Beitrag fasst die Anforderungen an eine effektive Dämmung zusammen und geht dabei besonders auf Dämmsysteme aus Steinwolle ein. Außerdem werden ein- und mehrlagige Rohrschalen vorgestellt.

Von Rico Koziul und Claudia Beling. Leider fehlen immer noch Mindestverpflichtungen zur Dämmleistung in der Industrie, die zu hohen Energieverschwendungen führen. So fordert das Arbeitsblatt der Industriebau AGI Q 101 (Dämmarbeiten an Kraftwerkskomponenten) eine Dämmleistung von nur 150 W/m², wobei die Unternehmen hierbei frei entscheiden können, ob sie diese Einsparungen umsetzen. Bewertet man das derzeitige Dämmniveau (ca. 10 % der Industriekomponenten sind gänzlich ungedämmt), befindet sich die Energieeffizienz gemäß der zum ersten Mal proklamierten  und in der VDI 4610 Blatt 1 (Energieeffizienz betriebstechnischer Anlagen – Wärme- und Kälteschutz) übernommenen Energieeffizienzklassen in der Einstufung.

Eine von der Europäischen Stiftung für Industriedämmungen (EiiF – European Industrial Insulation Foundation – bestehend seit 2010) in Auftrag gegebene Studie (Ecofys-Studie – Klimaschutz mit kurzen Amortisationszeiten – Veröffentlichung 06.2012) hat ein Gesamteinsparpotenzial für die europäische Industrie von 620 PJ (≈ 172.000 GWh) und 49 Mt CO2 ermittelt. Dies entspricht dem Energieverbrauch von rund 10 Millionen Haushalten und den CO2-Emissionen von rund 18 Millionen Autos. Hier verbirgt sich ein enormes Potenzial zur Senkung von Energiekosten und CO2-Emissionen.

Prozessindustrie und Kraftwerke benötigen langlebige, zuverlässige, wartungsfreie und schnell umzusetzende Dämmlösungen, um reibungslos und wirtschaftlich effizient zu arbeiten. Für die Eigentümer und Anlageningenieure ist es deshalb wichtig, dass der Return on Investment des Prozesses während seines geplanten Lebenszyklus ohne Verluste durch Fehlfunktionen beobachtet werden kann.

Wie viel kann ein einzelnes Unternehmen sparen, wenn es in eine solide und hochwertige Dämmung ihrer kritischen Prozesselemente investiert? Das vom EiiF eingerichtete TIPCHECK-Programm (Technical Insulation Performance Check = Leistungsüberprüfung technischer Dämmsysteme) dient dazu, der Industrie standardisierte, qualitativ hochwertige Prüfinstrumente für Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen, die sich auf die Wärmeleistung technischer Dämmsysteme konzentrieren. In vielen Fällen wurde schon nachgewiesen, dass bereits geringe Investitionen in eine nachhaltige und effektive Dämmlösung zu Einsparungen der Betriebskosten führen können, die die Kapitalinvestition bei weitem überwiegen und in einer raschen Amortisation resultieren.

Was sollte eine effektive Dämmung leisten?

Dieser Artikel soll einen Überblick vermitteln und als Orientierungshilfe dienen, worauf es bei einer „effektiven“ Dämmung ankommt. Da die Einsparung von Energie und Kosten sowie insbesondere die Reduktion des CO2-Ausstoßes in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat, haben sich die Hersteller auf die Problematik fokussiert, innovativere Dämmlösungen und -produkte auf den Dämmstoffmarkt zu bringen, die diesen Trend unterstützen.

Thermische Isolierung

Die Hauptaufgabe von Wärmedämmungen besteht darin, die Wärmeweiterleitung an die Umgebung so gering wie möglich zu halten sowie durch gute Dämmlösungen Wärmebrücken zu vermeiden. Die Wärmeleitfähigkeit (Lambda) des Dämmmaterials ist einer der wichtigsten technischen Dämmstoffeigenschaften – je niedriger sie ist, desto schlechter die Wärmeweiterleitung, resultierend daraus eine effizientere Wärmedämmung.

Da Steinwolle speziell für den Wärmeschutz durch ihre hervorragenden technischen Eigenschaften bestens geeignet ist, zudem hohe Temperaturen kompensieren kann, ist sie wohl der meist eingesetzte Dämmstoff für industrielle Anwendungen.

Schutz vor Korrosion

Ein globales Thema in der Industrie ist die Vermeidung von Korrosionsschäden durch die Auswahl von Dämmstoffen mit speziell abgestimmten Eigenschaften; einige der wichtigsten Faktoren sind hier:

  • niedrige Wasseraufnahme (bevorzugt werden Produkte, die nur 1/10 der Wassermenge aufnehmen – geprüft nach dem Standard EN13472)
  • wasserabweisend
  • kurze Trocknungszeiten
  • hohe Temperaturkompensatione
  • sehr geringer Gehalt von Chloridionen
So natürlich wie das Federkleid eines Vogels ist beispielsweise Steinwolle, weil sie besonders wasserabweisend und feuchtigkeitsunempfindlich ist.

Abb. 2: So natürlich wie das Federkleid eines Vogels ist beispielsweise Steinwolle, weil sie besonders wasserabweisend und feuchtigkeitsunempfindlich ist. (Bild: Paroc)

Brandschutz

Steinwolle besteht aus Naturstein und erfüllt somit die höchsten Anforderungen des Brandschutzes; aufgrund der Nichtbrennbarkeit sowie der Vorteile ihres Brandverhaltens (kein brennendes Abtropfen und keine Feuerweiterleitung) wird sie im Bereich des baulichen Brandschutzes vorrangig eingesetzt.

Schallschutz

Schneller Luft-, Dampf- und Flüssigkeitstransport bei industriellen Prozessen verursacht viel Lärm, der ungedämmt die Arbeitsumgebung, die Gesundheit der Mitarbeiter und auch Produktionsabläufe negativ beeinflussen kann.

Aufgrund ihrer porösen Faserstruktur und des hohen Raumgewichts bietet Steinwolle – insbesondere in Mehrlagigkeit – eine gute Schalldämmung, die ein angenehmeres Arbeitsumfeld schafft. Um hierbei schnell und effektiv das passende Dämmsystem auszuwählen, sollten Dämmstoffe zum Einsatz kommen, die nach DIN ISO 15665 geprüft (Einfügedämpfung) und in drei Klassen (A, B und C) klassifiziert sind.

Nachhaltigkeit

Steinwolle steht für Nachhaltigkeit sowie ökologisches und umweltfreundliches Bauen, denn zu ihrer Herstellung benötigt man lediglich das, was praktisch überall im Überfluss und unbegrenzt zur Verfügung steht. Die wesentlichen Bestandteile sind Kalkstein, Basalt (vulkanisches Gestein) und Dolomit. Steinwolle ist vollkommen recycelbar und benötigt nur einen Bruchteil an Energie, die sie in kürzester Zeit durch die enormen CO2– Kosteneinsparungen um ein Vielfaches wieder zurückführt.

Wartungsaufwand

Anspruchsvolle industrielle Anwendungen erfordern eine hohe Performance an Dämmmaterialien. So müssen sie langfristig hohe thermische Belastungen kompensieren können, ohne Qualitätsverluste aufzuweisen; zudem kommen die Druckbelastbarkeit und akustische Eigenschaften hinzu. So werden auch hierbei Dämmlösungen aus Steinwolle favorisiert, sie können in Abhängigkeit ihres Raumgewichtes bis zu 680 °C kompensieren, in Kombination spezieller thermischer Dämmmaterialien auch über 1000 °C.

Installationszeit

Rohrschalen aus Mineralwolle, wenn möglich mit einlagigen Dämmsystemen, sind besonders effektiv. Diese sollten so konzipiert sein, dass speziell angebotene Dämmdicken einen zweilagigen Aufbau für nicht erforderlich halten: Die Installationszeit kann bis zu 50 % reduziert werden. Zudem ist rechnerisch eine einlagige Dämmung wärmetechnisch günstiger als der Aufbau in mehreren Lagen, da bauphysikalisch die Verschiebung der Oberflächentemperaturen entfällt.


Einlagige Dämmsysteme sparen Energie und Arbeitskosten – auch bei hohen Anwendungstemperaturen

Einlagige Rohrschale mit Stufenfalz

Abb. 3: Einlagige Rohrschale mit Stufenfalz (Bild: Paroc)

Der Dämmstoffmarkt verfügt über Rohrschalen, die die Vorteile einer zweilagigen Dämmung (hohe Anwendungstemperaturen) mit den Vorteilen einer einlagigen Dämmung (kurze Installationszeit) kombinieren. Dies wird durch einen innovativen axialen und radialen Stufenfalz möglich, mit dem die Rohrschale verschlossen und mit den angrenzenden Rohrschalen verbunden wird. Dieser Stufenfalz kompensiert thermisch bedingte Längenausdehnungen und kann somit Wärmeverluste im Stoßbereich erheblich reduzieren.

Dies wurde in einem Versuchsaufbau in Anlehnung nach DIN EN 14707 bei einer Mediumtemperatur von 600 °C und einer Spaltsimulation von ca. 10 mm (Dämmdicke 100 mm/D=219 mm) anhand einer hochauflösenden Wärmebildkamera (Infratec VarioCam high resolution) nachgewiesen (s. Abb. 4).

Die Wärmebildkamera bildet die Wärmebrücken bei Anwendung einer einlagigen Standard-Rohrschale deutlich ab (links: Rohrschale ohne Stufenfalz, rechts: Rohrschale mit Stufenfalz)

Abb. 4: Die Wärmebildkamera bildet die Wärmebrücken bei Anwendung einer einlagigen Standard-Rohrschale deutlich ab (links: Rohrschale ohne Stufenfalz, rechts: Rohrschale mit Stufenfalz) (Bild: Paroc)

Nachgewiesene Kostenersparnis

Die Kostenersparnis konnte durch eine Effizienzberechnung im Vergleich zu einer handelsüblichen Rohrschale aus Mineralwolle nachgewiesen werden.

Angenommene Vor-Ort-Situation
Edelstahlleitung: D = 219,1 x 3,0 mm (Längenausdehnungskoeffizient α = 0,017 mm/m·K)
Gesamtlänge: 100 m / Mediumtemperatur max. 400 °C / Umgebungstemperatur 20 °C
Dämmung: PAROC Pro Lock 100 – Dämmdicke 160 mm

Berechnung der Längenausdehnung
Δl = α · l0 · ΔT
α-Längenausdehnungskoeffizient in mm/m·K
l0 -Ausgangslänge in m
ΔT-Temperaturänderung in K
Δl = 0,017 mm/m·K · 100 m · 380 K
Δl = 646 mm ca. 0,65 m würde sich das Edelstahlrohr auf 100 m ausdehnen.

Berechnung des Wärmeverlustes mit dem Kalkulationsprogramm PAROC Calculus Medium 400 °C / Umgebungstemperatur 20 °C – Verlegung mit Blechmantel (verz. Stahlblech) inkl. Dehnungsfugen.
Die in der Berechnung einbezogene Rohrschale verfügt im Bereich der Stoßverbindung (im Gegensatz zu herkömmlichen Rohrschalen) über einen Stufenfalz, der mit einer Dämmdicke von 80 mm das Dämmsystem bei einer Längenausdehnung der Rohrleitung geschlossen hält und somit Wärmeverluste gemäß Tabelle minimiert.

 

Berechnung der Längenausdehnung

Berechnung der Längenausdehnung (Quelle: Paroc)

 

Kosteneinsparung/Reduzierung CO2 Emission

Kosteneinsparung/Reduzierung CO2-Emission (Quelle: Paroc)


Zweilagige Rohrschalen: perfekt aufeinander abgestimmt

An dieser Stelle sollten auch mehrlagige Rohrschalen, sog. „Multilayer“-Dämmsysteme nicht unerwähnt bleiben. Sie sind effektiv und nachhaltig und leisten bei einer Montage keinen großen Zeitaufwand. Multilayer-Systeme sind auf solche Bedingungen abgestimmt; so lassen sich Dämmdicken in Kombination bis 300 mm realisieren. Die Schalenkombinationen werden nach Vorgabe der vor Ort befindlichen Bedingungen (Rohrleitungsgrößen/Dämmdicken) vorkonfektioniert, sodass eine passende Montage erfolgen kann.

Die Schalenkombinationen werden nach Vorgabe der vor Ort befindlichen Bedingungen (Rohrleitungsgrößen/Dämmschichtdicken) vorkonfektioniert, sodass eine passende Montage erfolgen kann. Sie verfügen über eine wasserundurchlässige, UV-restistente Mehrschichtverbundfolie als Sonderlösung für die Dämmung im Außenbereich. Denn Steinwolle muss im Außenbereich vor Umwelt- und Witterungseinflüssen geschützt werden. Dafür gib es eine Lösung. Dabei spricht man von einem „Clad“-System. Hierbei ist die Steinwolledämmung mit einer UV-resistenten, glasfaserverstärkten Aluminiumbeschichtung einseitig kaschiert, welche komplett wasserundurchlässig ist (geprüft nach ASTM F1249).

Zusätzliche metallische Verkleidungssysteme werden nicht mehr benötigt. Das „Clad“-System erlaubt sehr hohe Anwendungsgrenztemperaturen (bis +680 °C) und kann durch Rohrschalen mit sehr geringem Durchmesser auch bei Solarthermieanlagen angewandt werden. Das System eignet sich besonders in Bereichen, in denen unflexible Verkleidungssysteme nur erschwert montiert werden können, da in vielen Fällen der Platz zur Montage unzureichend ist oder gänzlich fehlt.

Zahlreiche Vorteile bieten nicht-metallische Verkleidungssysteme, z. B. Korrosionsschutz sowie die Montage ohne stromführende, funkenerzeugende Werkzeuge.

Schnell, effektiv und nachhaltig schützen flexible, witterungsbeständige Bekleidungssysteme die Dämmung und öffnen immer mehr Türen von Anwendungsbereichen, bei denen Dämmsysteme aus Steinwolle eher weniger im Fokus standen: Hierzu gehören Lebensmittel, chemische Industrien und Einsatzbereiche, bei denen hohe Temperaturen, Sauberkeit und Sicherheit eine besondere Rolle spielen.


Autoren

Rico Koziul: Paroc GmbH Technical Support & Specification Manager D-A-CH Technical Insualtion
rico.koziul@owenscorning.com

Claudia Beling: Paroc GmbH Area Marketing Manager Central & West Europa
claudia.beling@owenscorning.com

Der Beitrag ist auch in Ausgabe 3.2020 der Fachzeitschrift TI – Technische Isolierung (August 2020) erschienen.

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