Kälteisolierung mit flexiblen Dämmstoffen

Anlagen mit Kaltwasserleitungen, beispielweise von Klimaanlagen, müssen vor der Entstehung von Tauwasser geschützt werden. Denn hier und bei allen Anwendungen mit einer niedrigeren Mediumtemperatur als die Umgebung besteht die Gefahr, dass Wasserdampf auf der kalten Oberfläche kondensiert. Dieses Tauwasser kann Korrosion auslösen, Decken durchfeuchten, Waren beschädigen oder Störungen im Produktionsprozess verursachen. Deshalb muss oberstes Ziel sein, Tauwasser zu verhindern.

Entstehung von Tauwasser
Die Luft enthält Wasser im gasförmigen Zustand. Kühlt man sie ab, so wird sie bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Taupunkttemperatur, zu 100% mit Wasserdampf gesättigt sein. Würde man die Luft weiter abkühlen, fällt ein Teil in Tropfenform aus. Warme Luft kann also mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Dämmungen im Kältebereich müssen so dimensioniert werden, dass die Taupunkttemperatur auf der Dämmstoffoberfläche niemals unterschritten wird.
Will man die Dämmschichtdicke berechnen, müssen neben der Mediumtemperatur auch die Umgebungsbedingungen bekannt sein oder sie müssen abgeschätzt werden: Temperatur und relative Luftfeuchte. Außerdem müssen die Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Isolierung, der Wärmeübergangskoeffizient der Oberfläche der Dämmung und das zu dämmende Objekt (Rohr/Kanal etc.) ermittelt werden. Entscheidend ist die Kenntnis darüber, wie sich die einzelnen Einflussgrößen auf die Auslegung der Dämmung auswirken.
Einflussfaktor Umgebungsbedingung
Um die Mindest-Dämmschichtdicken von Kältedämmungen ermitteln zu können, muss man Annahmen über die Umgebungsbedingungen treffen. Die Tabelle 1 gibt typische Maximal-Werte an.
Ein häufig gemachter Fehler ist die Unterschätzung des Einflusses der relativen Luftfeuchte: Ein 10%iger Anstieg der Luftfeuchte kann z.B. in bestimmten Bereichen eine Verdoppelung der Dämmschichtdicke erforderlich machen.

Einflussfaktor Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes
Die Wärmeleitfähigkeit gibt an, wie gut oder schlecht eine Isolierung die Wärme leitet. Ein die Wärmeleitfähigkeit beeinflussender Parameter ist die Temperatur des Mediums. Bei elastomeren Dämmstoffen wie AF/Armaflex erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Temperatur. Seriöse Dämmstoffanbieter geben daher die Wärmeleitfähigkeit ihrer Produkte nur in Kombination mit der Mitteltemperatur an.

Einflussfaktor ­Wärmeübergangskoeffizient
Der Wärmeübergangskoeffizient hängt von der Art des strömenden Mediums, von der Strömungsgeschwindigkeit, der Beschaffenheit der Wandungsoberfläche (rau oder glatt, glänzend oder dunkel) und weiteren Größen ab. Meist setzt sich der Wärmeübergangskoeffizient aus einem Wärme­übergang durch Konvektion und einem Wärmeübergang durch Strahlung zusammen.

Konvektion
Je schneller die umgebende Luft strömt, desto mehr Wärme wird abtransportiert. In der Praxis und auch bei der Planung von Anlagen muss auf jeden Fall vermieden werden, dass Rohre und Kanäle zu dicht nebeneinander liegen oder in einem zu geringen Abstand von Wänden und sonstigen Einbauten verlaufen. Neben der verarbeitungsbedingten Schwierigkeit, hier überhaupt eine fachgerechte Dämmung aufbringen zu können, besteht die Gefahr von Stauzonen. In diesen Bereichen wird die für eine genügend hohe Oberflächentemperatur notwendige Luftzirkulation unterbunden. Tauwasser kann sich niederschlagen.
Folglich wird grundsätzlich ein Abstand von 100 mm zwischen den fertig gedämmten Rohrleitungen bzw. als Abstand zur Wand oder Decke gefordert. Bei Behältern, Apparaturen etc. sollte sogar ein Abstand von mindestens 1000 mm eingehalten werden.

Wärmestrahlung
Die Wärmestrahlung ist eine Art der Wärmeübertragung, bei der Wärme durch elektromagnetische Wellen übertragen wird. Die Energieübertragung durch Strahlung ist nicht an ein Übertragungsmedium, also einen Wärmeträger, gebunden. Im Unterschied zu Wärmeleitung und Konvektion (Wärmeströmung) kann sich Wärmestrahlung auch im Vakuum ausbreiten.

Rechnerische Ermittlung der ­Dämmschichtdicken
Bei Berechnung der notwendigen Dämmschichtdicke zur Verhinderung von Tauwasser ist entscheidend, ob eine ebene Fläche oder ein zylindrisches Objekt (Rohr) gedämmt werden soll. Bei zylindrischen Objekten gehen neben den Umgebungsbedingungen auch das Durchmesserverhältnis des gedämmten Rohrs zum ungedämmten Rohr in die Berechnung ein. Von Hand ist eine solche Berechnung kaum zu leisten. Hier helfen Berechnungsprogramme wie das neue „ArmWin“ von Armacell. Neben der Mindest-Dämmschichtdicke zur Tauwasserverhinderung können alle gängigen technischen Kalkulationen für Kälte-/Klimaanwendungen und den Sanitär- und Heizungsbereich durchgeführt werden. Die Arbeitshilfe ist im Online- und Offline-Modus und erstmals auch als App erhältlich.
Im Vergleich zur Vorgängerversion lassen sich die technische Berechnungen erheblich einfacher und schneller durchführen. Die notwendigen Eingaben wurden auf ein Minimum reduziert. Das Programm ist mit Produktinformationen auf der Armacell Internetseite verlinkt und zentrale Begriffe sind in einem Glossar erläutert. Die App „ArmWin“ wurde für iOS-, Blackberry- und Android-Betriebssysteme entwickelt. Sie steht in den jeweiligen App-Stores zum Download bereit.

Zusammenfassung
Die Verhinderung von Tauwasser auf der Oberfläche ist eine Minimalanforderung, die von jeder Kältedämmung dauerhaft und auch unter kritischen Bedingungen zu erfüllen ist. Voraussetzung hierfür ist die richtige Dimensionierung der Dämmschichtdicke, die neben der Material- und Verarbeitungsqualität maßgeblich ist. Verarbeiter, die Qualitätseinbußen bei der Kältedämmung in Kauf nehmen und z.B. nicht geeignete Materialien einsetzen oder zu dünne Dämmschichtdicken installieren, gehen ein oft nicht kalkulierbares Risiko ein.

Autorin: Dipl.-Ing. Michaela Störkmann, ­Manager Technical Department bei Armacell, Münster

Bilder: Armacell GmbH

www.armacell.de