Kondensatrisiko für Dämmkonstruktionen?

11.12.2025 | Veröffentlicht in Ausgabe 04-2025

Große silberne Industrierohre verlaufen über ein flaches Dach unter einem strahlend blauen Himmel. - © Foto: FIW München — © Foto: FIW München

Nach DIN 4140 ist bei warmgehenden Rohrleitungen im Freien ein Luftspalt zwischen Dämmung und Ummantelung vorgeschrieben – aus Sorge vor Kondensat durch nächtliche Strahlungskälte. Ein Langzeitversuch des FIW München mit unterschiedlichen Blechoberflächen und Heizzyklen untersucht nun, wie stark die passive Unterkühlung den Feuchtehaushalt im System wirklich beeinflusst – und ob die Forderung nach dem Luftspalt künftig neu bewertet werden kann. Dipl.-Ing. Roland Schreiner

Der Luftspalt bei Dämmsystemen im Außenbereich ist schon länger ein Thema, welches den einen oder anderen Isolierer nachdenklich macht. Der derzeitige Stand der Technik besagt, dass laut DIN 4140 /1/ Isoliersysteme mit luftdurchlässigen Dämmstoffen an warmgehenden Objekten in Freianlagen und direktem Strahlungsaustausch mit dem Weltraum durchfeuchten können. Die Ursache ist auf der Innenseite der Ummantelung kondensierende Feuchte, wenn das Ummantelungsblech in klaren Nächten durch Wärmeabstrahlung Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur der eingeschlossenen Luft annimmt. In diesem Fall darf die Ummantelung keine Berührung mit dem Dämmstoff haben. Das anfallende Kondensat kann, ohne den Dämmstoff zu durchfeuchten, über Abtropföffnungen das System verlassen. Diese Forderung besteht in der DIN 4140 /1/ seit über 30 Jahren. Die Mitglieder des Technische Ausschuss der Bundesfachabteilung Technische Isolierung (ehemals Wärme-, Kälte-, Schall- und Brandschutz) des Hauptverbandes der Deutschen Bauindustrie haben sich zur Aufgabe gemacht, diese Vorschrift zu prüfen, ob die Notwendigkeit eines Luftspaltes wirklich besteht. Mit Hilfe des Forschungsinstitutes für Wärmeschutz e.V. München wird derzeit dazu ein Versuchsprogramm1 durchgeführt.

Die Strahlungskälte des Weltraums

Bei technischen Dämmungen im Freien kann die Strahlungskälte des Weltraumes durch eine Unterkühlung des Ummantelungsblechs das Kondensatrisiko für die Dämmkonstruktion erhöhen. Wichtig für das Verständnis der physikalischen Vorgänge ist, dass die Oberfläche der technischen Dämmung nicht im Strahlungsaustausch mit dem Weltraum steht, sondern als Strahlungspartner nur die äußeren Schichten der Atmosphäre zur Verfügung stehen. Diese äquivalente Himmelstemperatur gewährleistet bei Unterschreitung der Umgebungstemperatur eine dauerhafte passive Strahlungskühlung. Ist der Himmel wolkenlos und die Luft trocken wird in der Nacht eine maximale Kühlleistung von bis ca. 100 W/m², entsprechend einer äquivalenten Himmelstemperatur von ca. 15 Kelvin unterhalb der Umgebungstemperatur, erreicht. Am Tag wirkt dieser Kälteabstrahlung allerdings je nach Bewölkung eine Sonneneinstrahlung von 200 W/m² bis ca. 1000 W/m² entgegen. Diese zwei Strahlungsvorgänge finden in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen statt, wirken entgegengesetzt und müssen gedanklich getrennt voneinander betrachtet werden. Die Atmosphäre der Erde ist nicht in allen Wellenlängenbereichen des Lichtes gleich durchlässig. Die Sonneneinstrahlung erreicht bei wolkenlosem Himmel die Erdoberfläche nahezu ungehindert, für den Energieaustauch aufgrund der IR-Temperaturstrahlung steht allerdings nur das atmosphärische Fenster im Wellenlängenbereich von 8 µm bis 13 µm (entspricht ca. -50 °C bis ca. +50 °C) zur Verfügung. Bei äquivalenten Himmelstemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur kommt es bei Objekten im Freien zur Abkühlung (Bild 1).

Beim Strahlungsaustausch im Freien spielt die Strahlungseigenschaft der Oberfläche eine wichtige Rolle.

Beim Strahlungsaustausch im Freien spielt die Strahlungseigenschaft der Oberfläche eine entscheidende Rolle. Diese Eigenschaft hängt stark von der Wellenlänge der Strahlung ab. Bei Sonneneinstrahlung im kurzwelligen Bereich nimmt die Oberfläche Energie auf. Nachts oder ohne direkte Sonneneinstrahlung überwiegt die Energieabgabe eines Körpers durch die langwellige Infrarotabstrahlung infolge seiner Temperatur. Hierbei ist der thermische Emissionsgrad ausschlaggebend, der bestimmt, wie stark ein Objekt abkühlt.

Das Forschungsprojekt

Das Projekt wurde Mitte 2023 gestartet. Dazu wurden auf dem Institutsdach des FIW München zwei unbeheizte, gedämmte Rohrprüfstände (DN 100, Länge 1,2 m, Steinwolle Drahtnetzmatte 100 mm) mit einer Ummantelung aus metallisch-glänzendem Stahlblech installiert (Bild 2). Bei einem Prüfstand wurde ein ca. 20 mm breiter Luftspalt zwischen Ummantelung und Dämmstoff mittels Abstandshaltern realisiert. Für die Erfassung der relevanten Klimadaten ist auf dem Institutsdach eine Wetterstation vorhanden. Im Dämmsystem befinden sich in unterschiedlichen Ebenen Mikrosensoren zur Messung von Temperatur und relativer Luftfeuchte (Messzyklus 5 Minuten). Zwei Kameras dokumentieren mit Fotos eine mögliche Feuchteentwicklung auf dem Ummantelungsblech von außen und im Luftspalt von innen (alle 30 Minuten).

Zu Projektbeginn wurde ein Ummantelungsblech mit einem geringen Emissionsgrad (0,05) verwendet. Im April 2024 wurde der thermische Emissionsgrad durch einen weißen Farbanstrich deutlich auf 0,88 erhöht. Dies lässt somit auch eine höhere Strahlungsabgabe zu. Gleichzeitig erniedrigte sich durch diese Maßnahme der solare Absorptionsgrad von = 0,38 auf = 0,22. Die Auswirkungen auf die Temperatur des Ummantelungsbleches und die nächtliche Erhöhung der rel. Feuchte im Dämmsystem durch Unterkühlung zeigt Bild 3. Bei Sonnenschein am Tag verminderte sich die Übertemperatur des Bleches von + 40 K auf nur noch + 5 K und in der Nacht kam es durch die Erhöhung des thermischen Emissionsgrades zu einer stärkeren Unterkühlung von – 4 K auf – 15 K. Damit liegt nun ein gedämmtes Rohrsystem vor, dass durch die Lackierung eine maximale Energieabstrahlung zur äquivalenten Himmelstemperatur zulässt. Dies erkennt man auch durch den Anstieg der rel. Feuchte im Dämmsystem aufgrund der nächtlichen Unterkühlung von ca. + 20 % auf + 40 % im Vergleich zur rel. Luftfeuchte der Umgebung.

Der thermische Emissionsgrad ist ausschlaggebend dafür, wie stark ein Objekt abkühlt.

Für einen erweiterten Versuchsaufbau ab Mai 2025 wurden beide Rohrsysteme durch einen Neuaufbau zusätzlich mit einer Heizung ausgestattet. Dies machte eine Deinstallation der vorhandenen Dämmung notwendig. Die Trocknung der abgebauten Dämmstoffe bis zur Massenkonstanz bei 70 °C zeigte für die bis dahin durchgeführten Versuche keine Erhöhung der Feuchtigkeit des Dämmstoffes über dessen Ausgleichsfeuchte hinaus. Der intermittierende Betrieb der installierten Heizmatten soll durch den Druckausgleich von kalten und warmen Luftzonen den Luftaustausch mit der Umgebungsluft erhöhen. Die installierten Heizmatten werden intermittierend bei einer Temperatur von 100 °C betrieben (Bild 4). Die zwei Heizzyklen pro Woche sind Montag/Dienstag und Donnerstag/Freitag. Die Heizung ist am Mittwoch, Samstag und Sonntag ausgeschaltet.

Zwischenergebnisse

Durch die Abkühlung einer geschlossenen Luftschicht erhöht sich deren relative Luftfeuchtigkeit. Ist die Luft gesättigt fällt Feuchtigkeit in Form von Kondensat aus. Langfristige Beobachtungen der Rohrprüfstände zeigen, dass eine Unterkühlung des Dämmsystems durch unterschiedliche Effekte wie Verdunstung von Regen, Schneebelag, konvektive Energieverluste oder passive Strahlungskälte erfolgen kann. Das Ziel des Forschungsprojektes ist der Nachweis, ob durch die Abstrahlung zur Atmosphäre eine Unterkühlung im Dämmsystem stattfindet, in dessen Folge es zur Kondensatbildung kommen kann. Aus diesem Grund soll nur die passive Strahlungskälte in diesem Versuch bewertet werden. Deshalb wurden nur Kondensationsereignisse bewertet, wenn die rel. Feuchte im Dämmsystem bei > 99 % und der Wolkenbedeckungsgrad bei < 50 % (kein Regen oder Schnellfall) lag. Es werden zwei unterschiedliche Situationen betrachtet:

Das Ummantelungsblech hat eine Temperatur unterhalb des Taupunktes der Umgebung erreicht. Es bilden sich außen am Ummantelungsblech große Kondensattropfen. Dies ist für das innenliegende Dämmsystem unkritisch (Bild 5).

Das Ummantelungsblech hat eine Temperatur unterhalb des Taupunktes des Luftspaltes im Dämmsystem erreicht. Es bildet sich eine dünne Kondensatschicht mit sehr kleinen Tröpfchen auf der Innenseite des Bleches. Hier könnte Feuchtigkeit in den Dämmstoff eindringen.

Beide Ereignisse erreichen bisher immer nach ca. 4 Stunden eine Trocknungsphase, sodass die entstandene Feuchtigkeit auf den Oberflächen der Bleche wieder verschwindet.

Durch die Abkühlung einer geschlossenen Luftschicht erhöht sich deren relative Luftfeuchtigkeit.

Zur vergleichenden Gegenüberstellung des Kondensationsrisikos der gedämmten Rohrsysteme wurde für die Jahre 2023, 2024 und 2025 der Auswertezeitraum 22. Juli bis 15. September gewählt. In der Tabelle 1 sind wichtige mittlere Klimaparameter der Wetterstation auf dem Institutsdach für die jeweiligen Perioden aufgeführt. Es zeigt sich, dass es bei einer Auswertung zu einer Überlagerung der Klimaänderungen der betrachteten Jahre und den Auswirkungen an den Rohrsystemen durch die vorgenommenen Änderungen (Lackierung Ummantelungsblech, Installation einer Heizung) kommt. Man erkennt durch die Wetterdaten ein steigendes Tauwasserrisiko von den Jahren 2023 bis 2025, entstanden durch die höheren rel. Luftfeuchten und den kälteren Lufttemperaturen.

Der gewählte Zeitraum erstreckt sich noch nicht in die tauwasserkritischen Wintermonate (Oktober bis Februar), stellt aber zurzeit die einzige vergleichbare Periode über die drei Jahre und entsprechenden den drei unterschiedlichen Randbedingungen beim Betrieb der Rohrprüfstände dar. Für eine finale Auswertung ist das Versuchsende somit erst nach der Winterperiode 2025/2026 geplant.

In der Tabelle 2 wird die in den Auswertzeiträumen der Jahre 2023, 2024 und 2025 ermittelte Feuchtigkeitsentwicklung in den Dämmsystemen sowie der Anteil der Taupunktunterschreitungen zur Umgebung und im Luftspalt dargestellt. Die Tabellenwerte links beziehen sich auf den Rohrprüfstand mit Luftspalt und rechts entsprechend ohne Spalt.

Im Jahr 2023 ist der Einfluss der Strahlungskälte durch den niedrigen thermischen Emissionsgrad der Ummantelungsbleche sehr gering. Die Mikrosensoren zeigen nur selten Werte > 99 % relative Feuchte, entsprechend kommet es auch nur gelegentlich zu Taupunktunterschreitungen (< 1 %).

Die Lackierung des Bleches im Jahre 2024 erhöht die Ereignisse mit Taupunktunterschreitungen deutlich.

Die Lackierung des Bleches erhöht die Ereignisse mit Taupunktunterschreitungen deutlich.

Nach dem Umbau im Jahre 2025 mit intermittierenden Heizungen zeigt sich eine Reduzierung des Riskos der Unterschreitung des Taupunktes im Dämmsystem. Es konnte aber ein typisches, sich wiederholendes Verhalten festgestellt werden. Es entsteht immer beim Einschalten der Heizungen ein Einschaltpeak. Die warme, feuchte Luft aus den inneren warmen Zonen des Dämmsystems steigt im Rohrsystem nach oben und kondensiert innen am kälteren Blech, die relative Feuchtigkeit an der Innenseite der Ummantelungsbleche erhöht sich damit schnell bis 100 %. Die im Luftspalt installierte Kamera zeigt eine deutliche Kondensatschicht. Bei dem Rohrsystem mit Luftspalt führen diese konvektiven Luftbewegungen zu wesentlich längeren Einschaltpeaks (bis 6 Stunden), durch den erleichterten Austausch mit der Umgebung sinkt die relative Feuchte aber anschließend wieder schnell ab. Das Dämmsystem ohne Luftspalt hat einen geringere Einschaltpeak (ca. 1 Stunde), hält aber die durch die Erwärmung freigewordene Feuchte länger im System. Die mittlere relative Feuchte im Dämmstoff ist hier mit 62 % im Vergleich zum Rohrprüfstand mit Spalt von 47 % deutlich erhöht.

Bei beiden Rohrsystemen kommt es zu einem Feuchteausgleich und zu Trocknungsperioden, so dass sich in der Dämmung während den Auswertezeiträumen keine Feuchtigkeit ansammelt.

Zusammenfassung und Ausblick

Der Feuchtegehalt in Bezug auf die passive Strahlungskühlung in den gedämmten Rohrsystemen wird sich immer an dem Zustand der Außenluft orientieren. Bei dem Dämmsystem mit Luftspalt und Entwässerungs- bzw. Belüftungsbohrungen folgt das Klima im System durch den guten Luftaustauch sehr schnell den Außenbedingungen. Bei dem Rohrsystem ohne Luftspalt ist hier eine deutliche Verzögerung und Dämpfung sichtbar. Für einen deutlichen Kondensatanfall in den Dämmsystemen ist ein ausreichender Nachschub an Feuchtigkeit durch einströmende Luft nötig. Dieser ist bei dem Rohrdämmsystem mit und erst recht ohne Luftspalt sehr eingeschränkt. Somit kann keine kritische Menge an Kondensat auf der Innenseite der Ummantelungsbleche entstehen, deren Tropfen dann eine Größe erreichen, die am Blech abrollen und dann über die Entwässerungsbohrungen das Dämmsystem verlassen könnten.

Die Untersuchungen zeigten bisher, dass weder der belüftete noch der unbelüftete Dämmaufbau durchfeuchtet.

Die Untersuchungen zeigten bisher, dass weder der belüftete noch der unbelüftete Dämmaufbau durchfeuchtet. Regelmäßige Trockenphasen sorgen dafür, dass eingetragene Feuchtigkeit zuverlässig verdunsten kann. Diese Erkenntnis wird vor allem durch die Betrachtung extremer Randbedingungen gestützt:

Taupunktkritischer Betrieb durch unbeheizte Rohre

Stärkere Unterkühlung durch Strahlungskälte bei Erhöhung des thermischen Emissionsgrades

Verstärkter Luftaustausch mit der Umgebung durch die Inbetriebnahme einer intermittierenden Heizung

Das Forschungsprojekt ist noch nicht abgeschlossen, da für eine fundierte Schlussbetrachtung die Messergebnisse aus der für Taupunktunterschreitungen relevanten Winterperiode 2025/2026 noch ausgewertet werden müssen. Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass prinzipiell ein Luftspalt mit Ablauföffnungen im Ummantelungsblech die Sicherheit erhöhen kann, gedämmte Rohrleitungen im Außenbereich über eine längere Nutzungsdauer trocken zu halten ohne den Ursprung einer möglichen Feuchte zu kennen. Die vorgestellten Ergebnisse stehen auch nicht im Zusammenhang mit der Beurteilung der Notwendigkeit eines Korrosionsschutzes.

Nach dem aktuellen Zwischenergebnis und der Annahme, dass die kommenden kalten Monate bis zum Testende keine abweichenden Verhaltensmuster der Kondensatbildung zeigen werden, ist bisher keine Anreicherung der Feuchte über einen längeren Zeitraum im Dämmsystem erkennbar. Damit kann der in der aktuellen DIN 4140² geforderte Luftspalt bei warmgehenden Rohrleitungen im Freien durch das zuständige Expertengremium neu bewertet werden.