Zwei Eigenschaften, die bestens zueinander passen - Die geschlossenzellige Struktur flexibler Dämmstoffe macht sie besonders geeignet für die Isolierung kaltgehender Leitungen und Kanäle

Das Entstehen von Tauwasser an gebäudetechnischen Anlagen kann erhebliche Kosten nach sich ziehen. Neben dem Beheben des Schadens, können dies Folgekosten wegen durchfeuchteter Decken, beschädigter Waren oder Störungen von Produktionsprozessen sein. Die Verhinderung des Entstehens von Tauwasser muss daher primäres Ziel jeder kältetechnischen Dämmung sein. Im Vergleich zur Heizung- und Trinkwassererwärmung verlangt die Erzeugung tiefer Temperaturen in kältetechnischen Anlagen einen bedeutend höheren Energie- und Kos­tenaufwand. Daher machen sich die etwas höheren Investitionskosten für ein höheres Dämmniveau in diesem Anwendungsbereich sehr schnell bezahlt.

Tauwasserverhinderung – Die Hauptaufgabe einer Kältedämmung
Die Luft enthält Wasser in gasförmigem Zustand. Kühlt man sie ab, wird sie bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Taupunkttemperatur, zu 100% mit Wasserdampf gesättigt sein. Bei einer weiteren Abkühlung fällt ein Teil des Wasserdampfs in Tropfenform aus.
Um das Entstehen von Tauwasser auf der Oberfläche kältetechnischer Anlagenteile zu verhindern, müssen Dämmungen so dimensioniert werden, dass die Taupunkttemperatur auf der Dämmstoffoberfläche niemals unterschritten wird. Bei dem Beispiel in Bild 1 muss die Dämmschichtdicke mindestens 11 mm betragen, damit es nicht zur Tauwasserbildung kommt. In der Praxis wird man nur selten ein Produkt mit der exakt errechneten Dämmschichtdicke finden und wählt daher die nächst größere Dämmschichtdicke.
Zur Berechnung der Dämmschichtdicke müssen neben der Mediumtemperatur auch die Umgebungsbedingungen bekannt sein oder 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.

Einflussfaktor Umgebungsbedingung
Um die Mindest-Dämmschichtdicken von Kältedämmungen ermitteln zu können, muss man Annahmen über die Umgebungsbedingungen treffen. Ein häufig gemachter Fehler ist die Unterschätzung des Einflusses der relativen Luftfeuchte: So kann ein 10%-iger Anstieg der Luftfeuchte in bestimmten Bereichen eine Verdoppelung der Dämmschichtdicke erforderlich machen.

Einflussfaktor Wärmeleitfähigkeit
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 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 (Bild 2). In diesen Bereichen wird die für eine genügend hohe Oberflächentemperatur notwendige Luftzirkulation (Konvektion) unterbunden und es kann sich Tauwasser niederschlagen. Daher 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. Dunkle Körper emittieren mehr Strahlungsenergie als helle Körper, umgekehrt absorbieren dunkle Körper auch mehr Wärmeenergie als helle. Das größte Absorptions- bzw. Emissionsvermögen besitzt ein absolut schwarzer Körper. Die Oberflächenbeschaffenheit des Dämmstoffes bestimmt in einem erheblichen Maß den Strahlungsanteil (aS) des Wärmeübergangskoeffizienten. So absorbiert ein Dämmstoff auf Basis synthetischen Kautschuks deutlich mehr Wärmeenergie als z.B. eine Aluminiumfolie, was sich äußerst positiv auf die erforderliche Dämmschichtdicke zur Tauwasserverhinderung auswirkt. Je höher also das Absorptionsvermögen, desto geringer wird die Dämmschichtdicke.

Geeignete Dämmstoffe schützen vor Tauwasser
Für die Dämmung kaltgehender Trinkwasserleitungen sollten aufgrund der Gefahr von Tauwasserbildung ausschließlich geschlossenzellige Dämmstoffe mit hohem Wasserdampfdiffusionswiderstand eingesetzt werden. Wie Schadensfälle in der Praxis zeigen, bieten offenzellige Dämmstoffe auf kaltgehenden Leitungen keine ausreichende Sicherheit gegen Durchfeuchtung infolge von Diffusion. Sie stellen daher keinen wirksamen Schutz gegen Tauwasserbildung dar. Bei diesen Systemen wird der Wasserdampfdiffusionswiderstand auf eine Dampfbremse konzentriert. Selbst bei handwerklich sorgfältigster Ausführung sind Undichtigkeiten und Wassereintritt in die Dämmung oft nicht zu vermeiden. Dadurch besteht die Gefahr, dass der in der Luft enthaltene Wasserdampf in die Dämmschicht eindringt, hier kondensiert und den Dämmstoff innerhalb kürzester Zeit durchfeuchtet.
Mit dem Anstieg von Feuchte im Material erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit, die Dämmwirkung verschlechtert sich und höhere Energieverluste sind die Folge. Darüber hinaus kann es zu Korrosion und kostenintensiven Folgeschäden kommen.
Elastomere Dämmstoffe besitzen dagegen eine geschlossenzellige Materialstruktur und einen hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand (bis zu µ = 10000). Aufgrund der „integrierten“ Dampfbremse, baut sich der Wasserdampfdiffusionswiderstand hier kontinuierlich – Zelle für Zelle – über die gesamte Materialdicke auf. So werden Diffusionsvorgänge auf ein Minimum reduziert und eine unzulässige Durchfeuchtung des Materials ist dauerhaft auszuschließen. Das Prinzip der „Abschottungsverklebung“, also das regelmäßige Verkleben des Dämmstoffs mit dem Untergrund, sorgt im Falle von mechanischen Beschädigungen dafür, dass sich die Feuchtigkeit nicht in der gesamten Dämmung ausbreitet (Bild 3).

Das schwächste Glied in der Kette stärken
Rohraufhängungen stellen eine mögliche Schwachstelle bei Kältedämmarbeiten dar. Wird die Rohrleitung nicht thermisch von der Rohraufhängung entkoppelt, entstehen Wärmebrücken und es kann zur Bildung von Tauwasser kommen. Auf das Dämmsystem abgestimmte Kälterohrträger entkoppeln Rohrleitung und Befestigung thermisch voneinander und bilden so zusammen mit der anschließenden Dämmung ein langfristig sicheres Dämmsystem (Bild 4).

Rechnerische Ermittlung der Dämmschichtdicken
Bei der 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 logarithmische Durchmesserverhältnis des gedämmten Rohrs zum ungedämmten Rohr in die Berechnung ein. Das hat zur Folge, dass bei Rohren dünnere Dämmschichtdicken ausreichen, um die gleiche Wirkung zu erzielen, d.h. die gleiche Oberflächentemperatur zu erhalten wie bei ebenen Flächen. Um das komplizierte Berechnungsverfahren zu umgehen, erfolgt die Ermittlung zweckmäßigerweise mithilfe eines Berechnungsprogramms, z.B. mit „ArmWin“ von Armacell (Bild 5). Die Arbeitshilfe steht auch als App zur Verfügung und erlaubt so den Einsatz vor Ort auf der Baustelle.

Höhere Energieeinsparungen durch optimale Dämmung
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. Planer und Verarbeiter, die aus Kostengründen Qualitätseinbußen bei der Kältedämmung in Kauf nehmen und z.B. nicht geeignete Materialien einsetzen oder zu dünne Dämmschichtdicken ausschreiben bzw. installieren, gehen ein oft nicht kalkulierbares Risiko ein.
Mindestdämmschichtdicken, die das Entstehen von Tauwasser verhindern, sind i.d.R. nicht optimal für eine Reduzierung der Energieverluste ausgelegt. Beim Einsatz größerer Dämmschichtdicken sind wesentlich höhere Energie- und CO2-Einsparungen möglich. Höhere Dämmniveaus – also über sogenannte Tauwasserdämmung hinausgehende Dämmstärken – verlangen etwas höhere Investitionskos­ten. Diese amortisieren sich im Laufe der Betriebszeit jedoch und erlauben nach wenigen Jahren erhebliche finanzielle Einsparungen.

Autorin: Dipl.-Ing. (FH) Michaela Störkmann, Armacell Technical Manager EMEA (Europe, Middle East & Africa)

Bilder: Armacell

Kontakt: www.armacell.de