| Rohrleitungen,
Verteiler, Bauteile (Wärmererzeuger, Speicher)
und Lüftungskanäle werden in erster
Linie gegen Wärmeverluste und/oder Wärmeaufnahme gedämmt.
Aber auch gegen Korrosion und Schallübertragung kann eine
Dämmung notwendig werden. Außerdem schreibt die EnEV
und die DIN 1988 unter bestimmten Voraussetzungen
eine Dämmung vor. |
Wärmeabgabe
von ungedämmten Rohrleitungen bei mittleren Temperaturdifferenzen
(mittlere Heizmitteltemperatur und Umgebungstemperatur) |
| Stahlrohr |
60
K |
50
K |
40
K |
| DN
10
|
42
W/m |
32
W/m |
20
W/m |
| DN
15
|
58
W/m |
44
W/m |
33
W/m |
| DN
20
|
68
W/m |
53
W/m |
38
W/m |
| DN
25
|
82
W/m |
64
W/m |
46
W/m |
| DN
32 |
100
W/m |
78
W/m |
57
W/m |
| DN
40 |
105
W/m |
81
W/m |
59
W/m |
| DN
50 |
130
W/m |
100
W/m |
73
W/m |
Ungedämmte
Armaturen und Speicheranschlüsse können, je
nach Konstruktion bzw. Oberfläche, die Wärmemenge
von 2 bis 4 m Rohr abgeben |
|
|
Diese Arbeiten
werden in kleineren Anlagen meistens von dem
Heizungsbauer (Anlagenmechaniker SHK-Technik)
mit ausgeführt, wenn er es mit angeboten hat und beauftragt
wurde. Natürlich kann in einem Angebot die Dämmarbeit
und das Material auch als "bauseits"
betitelt werden. In vielen Fällen will der Bauherr die
Leitungen selber dämmen, dann müssen die Leitungen
nur so verlegt werden, dass eine vorschriftsmäßige
Dämmschichtdicke angebracht werden kann. |
In großen
Anlagen werden die Dämmarbeiten durch einen Isolierer
(Wärme-, Kälte- und Schallschutzisolierer/-in)
ausgeführt, die auf Grund seiner/ihrer Ausbildung diese
Arbeiten im Wärme-, Kälte- und Schallschutzbereich
fachgerecht ausführen kann. In diesem Fall haben die Dämm-
und Isolierarbeiten eine eigene Position
in den Ausschreibungen. |
In der
DIN 4140 „Dämmarbeiten an
betriebs- und haustechnischen Anlagen – Ausführung
von Wärme- und Kältedämmungen“ sind die
Voraussetzungen für Dämmarbeiten mit den notwendigen
Mindestabständen sowie in den Einsatzgebieten der Dämmstoffe
festgelegt. Auch die VDI-Richtlinie 2055 "Wärme-
und Kälteschutz betriebs- und haustechnischer Anlagen"
befasst sich mit Berechnungen, Garantien, Messverfahren und
Lieferbedingungen bei betriebs- und haustechnischen Anlagen. |
Für
die fachgerechte vorgeschriebene Dämmung
kann der Kostenanteil (Material- und Lohnkosten)
zwischen 15 bis 30 % der Auftragssumme
betragen. Wenn Brandschutzmaßnahmen notwendig
werden, kann der Anteil auch höher liegen. |
| |
|
| . |
Die neue Energieeinsparverordnung
(EnEV) wurde am 18. März 2009 durch die Bundesregierung und ist
nach der Veröffentlichung im Bundesanzeiger am 29. April 2009 am
1. Oktober 2009 in Kraft getreten. |
Der Streit,
ob Rohrleitungen und Bauteile, die sich innerhalb beheizten
Gebäudehülle befinden, gedämmt werden müssen,
wird immer noch geführt. Ich meine, dass alle
Leitungen und Bauteile, die Wärme unkontrolliert
abgeben, zu dämmen sind. |
Die
Regelungen in der EnEV 2007 in Bezug auf die vorgeschriebenen Dämmungen
gegen die Wärmeabgabe von Wärmeverteil- und Warmwasserleitungen
haben sich bewährt. Es wurde nur die an Außenluft
grenzende Rohrleitungen hinzugefügt. Die Verdoppelung
der Mindestdämmschichtdicke nach Zeile 1 bis 4,
Anlage 5, Tabelle 1 der EnEV 2009 befreit dabei jedoch nicht von Sicherheitssystemen
zur Vermeidung von Frostschäden an den Rohrleitungen und anderen
Anlagenteilen. |
EnEV
2009 |
| |
Anlage
5 (zu § 10 Abs.2, § 14 Abs. 5 und § 15 Abs. 4)
Anforderungen
an die Wärmedämmung von Rohrleitungen und Armaturen
Tabelle
1
Wärmedämmung
von Wärmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen
und von Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen |
Zeile |
Art
der Leitungen / Armaturen |
Mindestdicke
der Dämmschicht,
bezogen
auf eine Wärmeleitfähigkeit
von
0,035 W/(m K) |
1 |
Innendurchmesser
bis 22 mm |
20
mm |
2 |
Innendurchmesser
über 22 mm bis 35 mm |
30
mm |
3 |
Innendurchmesser
über 35 mm bis 100 mm |
gleich
Innendurchmesser |
4 |
Innendurchmesser
über 100 mm |
100
mm |
5 |
Leitungen
und Armaturen nach den Zeilen 1 bis 4 in Wand- und Deckendurchbrüchen,
im Kreuzungsbereich von Leitungen, an Leitungsverbindungsstellen,
bei zentralen Leitungsnetzverteilern |
½
der Anforderungen
der
Zeilen 1 bis 4
|
6 |
Leitungen
von Zentralheizungen nach den Zeilen 1 bis 4, die nach dem 31. Januar
2002 in Bauteilen zwischen beheizten Räumen verschiedener Nutzer
verlegt werden. |
½
der Anforderungen
der
Zeilen 1 bis 4
|
7 |
Leitungen
nach Zeile 6 im Fußbodenaufbau |
6
mm |
8 |
Kälteverteilungs-
und Kaltwasserleitungen sowie Armaturen von Raumlufttechnik- und
Klimakältesystemen |
6
mm |
In den Tabellen 2 bis 4 werden – getrennt nach Heizungs- und Warmwasserleitungen
sowie Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen - die nach EnEV 2009
geforderten Dämmschichtdicken für verschiedene Einbausituationen dargestellt.
Tabelle 2: Erläuterungen/Beispiele Heizung,
Anlage 5 (zu § 10 Abs.2 und § 14 Abs. 5), Tabelle 1 , EnEV 2009
Heizung |
Mehrfamilienhaus
/ Nichtwohngebäude mehrere Nutzer |
Einfamilienhaus / Nichtwohngebäude
1 Nutzer |
| Leitungen
in unbeheizten Räumen und Kellerräumen |
100
% |
100
% |
| Leitungen
in Außenwänden, in Außenbauteilen, zwischen einem unbeheizten
und beheizten Raum, in Schächten und Kanälen |
100
% |
100
% |
| Verteilleitungen
zur Versorgung mehrerer, unterschiedlicher Nutzer |
100
% |
|
| Im
Fußboden verlegte Leitungen auch HK-Anschlussleitungen gegen
Erdreich / unbeheizte Räume 1) |
100
% |
100
% |
| Leitungen
und Armaturen in Wand- und Deckendurchbrüchen, im Kreuzungsbereich
von Leitungen, an Leitungsverbindungsstellen, an zentralen
Leitungsverteilern |
50% |
50% |
| Leitungen
in Bauteilen, zwischen beheizten Räumen verschiedener Nutzer |
50% |
|
| Im Fußbodenaufbau
verlegte Leitungen, zwischen beheizten Räumen verschiedener
Nutzer. |
siehe
EnEV,Tabelle 1,
Anlage
5, Zeile 7 3)
|
|
| Heizungsleitungen
in beheizten Räumen oder in Bauteilen zwischen beheizten
Räumen eines Nutzers und absperrbar |
./. |
keine
Anforderung2) |
| Wärmeverteilleitungen,
die direkt an Außenluft angrenzend verlegt sind
4) |
200% |
200% |
1)
Exzentrische/asymmetrische Rohrschläuche sind zur Begrenzung
der Wärmeabgabe zulässig. Die Nenndicke ist zur Kaltseite
anzuordnen. Einzelheiten sind aus der notwendigen Allgemeinen
bauaufsichtlichen Zulassung (ABZ) des jeweiligen Herstellers
zu entnehmen.
2)Obwohl
hier keine Anforderungen vom Gesetzgeber gestellt sind,
muss aus folgenden Gründen gedämmt werden: Korrosionsschutz,
Vermeidung von Knack- und Fließgeräuschen, Körperschalldämmung,
Verringerung der Wärmebelastung. |
| 3) |
Für
Rohrleitungen sämtlicher Dimensionen, die im Fußbodenaufbau
(unabhängig von ihrer dortigen Lage) zwischen beheizten
Räumen verschiedener Nutzer verlegt sind, gelten
die folgenden Dämmdicken: |
Mindestdicke
der Dämmschicht bezogen auf eine Wärmeleitfähigkeit
bei 40°C |
| 0,035
W/(m K) für
konzentrische
Dämmung |
0,040
W/(m K) für
konzentrische
Dämmung |
0,040
W/(m K) für
exzentrische
/ asymmetrische Dämmung |
=
6 mm |
=
9 mm |
siehe
Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (ABZ) des
jeweiligen Herstellers |
|
| 4)
Liegen Rohrleitungen in frostgefährdeten Bereichen, so
kann bei längeren Stillstandszeiten auch eine Dämmung
keinen dauerhaften Schutz vor Einfrieren bieten. Sie müssen
entleert oder anderweitig (z.B. durch Begleitheizung)
geschützt werden [3]. Einzelheiten regeln die VDI-Richtlinien
VDI 2055 bzw. VDI 2069.
Rohrleitungen
von Solaranlagen unterliegen nicht der Energieeinsparverordnung
(EnEV); Erzeugung und Verbrauch von Solarenergie sind
CO2-neutral. Rohrleitungen
von Solaranlagen sind jedoch ebenfalls so zu dämmen, dass
die erzeugte Energie der Anlage ohne wesentliche Verluste
genutzt werden kann. |
|
Tabelle
3: Erläuterungen/Beispiele Trinkwasserleitungen
Warm (TWW), Anlage 5 (zu § 10 Abs. 2 und § 14 Abs. 5), Tabelle 1 , EnEV
2009.
Trinkwasserleitungen
Warm (TWW) |
Mehrfamilienhaus |
Einfamilienhaus |
Nichtwohngebäude
mehrere Nutzer |
| Warmwasserleitungen |
100
% |
100
% |
100
% |
| Warmwasserstichleitungen |
100
% |
100
% |
100 % |
| Warmwasserleitungen
ohne Zirkulation / elektrischer Begleitheizung bis zu 4 m Länge
|
Keine
Anforderung 1) |
keine
Anforderung 1) |
100
% |
| Leitungen
und Armaturen in Wand- und Deckendurchbrüchen, im Kreuzungsbereich
von Leitungen, an Leitungsverbindungsstellen, an zentralen Leitungsverteilern. |
50
% |
50
% |
50
% |
| Warmwasserleitungen,
die direkt an Außenluft angrenzend verlegt sind
2) |
200
% |
200
% |
200
% |
1)
Obwohl
hier keine Anforderungen vom Gesetzgeber gestellt sind, muss
aus folgenden Gründen gedämmt werden: Korrosionsschutz, Vermeidung
von Knack- und Fließgeräuschen, Körperschalldämmung, Verringerung
der Wärmebelastung. Zur Erhaltung des Nutzungskomforts sollten
diese Warmwasserleitungen auch gedämmt werden, damit keine unnötige
Abkühlung durch Bauteile usw. entsteht.
2)
Liegen Rohrleitungen in frostgefährdeten Bereichen, so kann
bei längeren Stillstandszeiten auch eine Dämmung keinen dauerhaften
Schutz vor Einfrieren bieten. Sie müssen entleert oder anderweitig
(z.B. durch Begleitheizung) geschützt werden [3]. Einzelheiten
regeln die VDI-Richtlinien VDI 2055 bzw. VDI 2069.
Rohrleitungen
von Solaranlagen unterliegen nicht der Energieeinsparverordnung
(EnEV): Erzeugung und Verbrauch von Solarenergie sind CO2-neutral.
Rohrleitungen von Solaranlagen
sind jedoch ebenfalls so zu dämmen, dass die erzeugte Energie
der Anlage ohne wesentliche Verluste genutzt werden kann.
|
Tabelle
4: Erläuterungen/Beispiele
Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen von Raumlufttechnik- und Klimakältesystemen,
Anlage 5 (zu § 15 Abs. 4), Tabelle 1, EnEV 2009.
Für
Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen 1) sämtlicher
Dimensionen gelten die folgenden Dämmdicken. |
Mindestdicke
der Dämmschicht 2) bezogen auf eine Wärmeleitfähigkeit
|
| 0,030
W/(m K) |
0,035
W/(m K) |
0,040
W/(m K) |
| =
4 mm |
=
6 mm |
=
9 mm |
1)
Die Dämmung von Trinkwasserleitungen (kalt) wird nicht durch die
EnEV 2009 abgedeckt. Wenn kein Legionellenrisiko durch Erwärmung
des Kaltwassers besteht, genügen die Dämmanforderungen nach DIN
1988-2. Um das Legionellenrisiko zu minimieren, werden die Dämmdicken
gemäß Anlage 5, Tabelle 1, EnEV 2009 in Verbindung mit DVGW W
551 und DVGW W 553 empfohlen.
2)
In Abhängigkeit aller Einflussgrößen (Feuchtigkeit und Temperatur
der Umgebung, Mediumtemperatur etc.) muss grundsätzlich geprüft
werden, ob die Mindestdämmdicke ausreicht, um Tauwasser zu verhindern.
Aus Gründen der Energieeffizienz liegt eine optimale Dämmdicke
der Kühlwasser- und Kältemittelleitungen bei = 20 mm.
|
|
|
|
|
|
Beispiel
- Installationsschacht |
Dämmung
gemäß EnEV mit Misselon-Robust 040 Dämmschichtdicke
100% |
|
Die Rohrleitungen
müssen so verlegt werden, dass jedes Rohr mit der vorgeschriebenen
Dämmschichtdicke fachgerecht gedämmt
werden kann. Je nach der Dämmstoffart können diese
Abstände verschieden groß sein. Diese Abstände
bestimmen dann die Maße der Schächte, Kanäle
und Wand- und Deckendurchführungen. |
Besonders bei den
heutzutage üblichen Kernbohrungen
ist eine genaue Planung notwendig. Aber auch wenn Durchbruchpläne
erstellt werden müssen, muss vorher bekannt sein, welche
Dämmungsart und -dicke eingesetzt werden soll, damit
die Maße stimmen. |
Kaltwasserleitungen
sollten immer in einem seperat angeordnet
werden, damit sie sich nicht durch die wärmegehenden
Rohre erwärmt werden können. Die in der Änderung
befindlichen Normen werde diesen Punkt berücksichtigen. |
|
|
Wenn in der Rohrinstallation
Bauteile (Armaturen, Dehnungsausgleicher, Pumpen)
vorgesehen sind, so richtet sich der Abstand der Rohre nach dem
Außendurchmesser dieser Bauteile. Denn auch die Bauteile
müssen die gleiche Dämmschichtdicke wie die Rohre haben.
Nur bei längeren Leitungen werden die Rohre zusammengeführt
und gehen vor den Bauteilen auf den neuen Abstand auseinander. |
|
|
|
Quelle:
Kolektor Missel Schwab GmbH |
|
Bei Rohrleitungungen
auf dem Rohfußboden muss darauf geachtet
werden, dass die Dämmung nicht in den Bereich des Estrichs
kommt und nach Möglichkeit die Trittschalldämmung
darüber Platz hat. Die Rohre sollten so dicht wie möglich
zusammen gelegt werden, damit die Breite der Hohlräume
nicht zu groß werden. Hier bieten sich die Dämmhülsen
an, die nur nach unten die vorgeschriebene Dämmschichtdicke
haben. |
|
Quelle:
Kolektor Missel Schwab GmbH |
|
|
|
| |
| Klammern |
| Quelle:Steinbacher
Dämmstoffe GmbH |
|
Zur Sicherung
von Problemstellen und Bogenbereiche mit PE-Isolierschläuchen
können statt Klebebänder auch Klammern eingesetzt
werden. |
|
|
Wärmedämmung
eines Speichers |
Eine wirkungsvolle Wärmedämmung
von Trinkwasser- und Pufferspeichern
ist besonders wichtig, um die mit mehr oder weniger Aufwand und Kosten
erzeugte bzw. "geerntete" Wärme über einen längeren
Zeitraum möglichst verlustfrei zu speichern. Dies trifft gerade
dann zu, wenn die eingespeicherte Wärme nicht am gleichen Tag genutzt
werden kann. Auch die Hinweise (sogar von Fachleuten), dass die
Wärmeverluste dem Haus unmittelbar zugute kommen, rechtfertigen
eine nachlässige Dämmung nicht, da die Wärme unkontrolliert,
nicht regelbar an Räume, die nicht unbeding beheizt werden sollen,
abgegeben wird. |
So nutzt z. B. die
beste thermische Solaranlage oder Wärmeerzeugungsanlage
nichts, wenn der Warmwasser- und/oder Pufferspeicher hohe Wärmeverluste
hat. Ein Speicher zur kombinierten Warmwasser-bereitung und Heizungsunterstützung
muss so effizient gegen Wärmeverluste gedämmt werden, dass
die Wärme auch 5 Tage später noch genutzt werden kann. |
In vielen Fällen
reicht die vom Hersteller angebrachte Dämmung nicht aus. Auch sollte
bedacht werden, dass Rohrleitungs- und Anschlussverluste,
aber auch eine falsche hydraulische Anbindung, zu erheblichen
Verlusten führen können. Über die noch vertretbaren
Verluste wird in Fachkreisen immer wieder gestritten. Allgemein
besteht die Meinung, dass ein Speicher mit 60 °C max.
4 K und mit 90 °C max. 6 K
in 24 Stunden abkühlen darf. |
| Um diese Werte zu erreichen, muss ein
gutes Dämmkonzept vorliegen . Dieses
besteht aus |
- Dämmmaterial der Speicherwandung
- Bodendämmung
- Anschlussdämmung
- Rohrleitungsdämmung
|
Die üblichen
Dämmaterialien für Speicher bestehen PU-Weichschaum,
PU-Hartschaum, Melamin (Harzschaum), EPP (Partikelschaumstoff) und EPS
(Polystyrol > Styropor). Die Wärmeleitfähigkeit
von PU-Weichschaum ist um bis zu knapp 60 %, die von PU-Hartschaum und
Melamin um bis zu 10 % und die von EPP um bis zu 25 % größer
als die von EPS. Eine Aluminiumfolie vermindert den
Strahlungsaustausch zwischen der Speicherwandung und der Dämmung.
Viele Speicher, die in Eigenbau nachträglich verkleidet und gedämmt
werden, bekommen eine Dämmung aus Schüttdämmstoffen
(Einblasdämmstoffe) z. B. Zelluloseflocken, Silikatleichtschaum,
Steinwolle-, Perlit- oder EPS-Granulat. |
Der Speicherboden
kann mit zu einem Wärmeverlust des Speichers (bis
zu 25 %) beitragen. Im ungedämmten Keller oder in Räumen
außerhalb der beheizten Gebäudehülle können auch
bei gut schichtenden Speichern verhältnismäßig große
Wärmeverluste zum Fußboden entstehen. Die Wärmeverluste
über den Speicherboden kommen zu einem großen Teil aus der
Wärmeleitung über die Stahlfüße
oder den Standring. Deswegen sollten diese wenigstens
aus Kunststoff bestehen. Besser wäre auf jeden
Fall eine tragfähige Dämmplatte unter dem
Speicher. |
Dass auch die Speicheranschlüsse
und Armaturen mit dicken Dämmaterial bzw. Dämmschalen
versehen werden, sollte selbstverständlich sein. So kann eine Verschraubung
oder ein Ventil aufgrund der großen Oberfläche etwa die Wärmemenge
eines 2 bis 5 m langen ungedämmten Rohres abgeben. Studien über
dieses Thema sind in Arbeit. |
Alle vom Speicher abgehenden
Rohrleitungen sollten während der Stillstandszeit
möglichst nicht warm werden. Das kann nur erreicht
werden, wenn in den Rohren keine Mikrozirkulation (Eigenzirkulation)
entsteht. Hier wirkt eine gute dicke Wärmedämmung dem Effekt
entgegen. Aber je nach den Gegebenheiten muss trotztdem eine Schwerkraftbremse,
ein Thermosiphon
oder Magnetventile eingesetzt werden. Viele Speicherhersteller
haben schon in die Speicheranschlüsse solche Bremsen
eingebaut, die aber je nach dem auftretenden Umtriebsdruck
der Anlage nicht wirksam sind. |
|
|
Wärmedämmung
von thermischen Solaranlagen |
|
| |
Quelle:
Thermaflex Isolierprodukte GmbH |
|
|
Quelle:
AEROLINE TUBE SYSTEMS Baumann GmbH |
|
Die Dämmung der Rohrleitungen
und Bauteile einer thermischen Solaranlage
setzt hohe Ansprüche an das Dämmmaterial
und dessen Verarbeitung. Außerdem
unterscheidet man zwischen einer Dämmung für Leitungsteile
an der Außenluft und innerhalb
eines Hauses. |
Grundsätzlich müssen Dämmstoffe
für die hohen Temperaturen, die in
einer Solaranlage auftreten können geeignet
sein. Mineralfaserdämmstoffe erfüllen
diese Anforderungen. Dämmstoffe aus Kunststoffen
(Weich- und Hartschaum) sollten bis 150 °C (kurzzeitig
bis 175 °C). Dämmstoffschläuche
für normale Heizungsanlagen (bis 110 °C) sind hier
nicht geeignet, weil sie aushärten
und zerbröseln. |
Die an der Außenluft
verlegten Rohrleitungen und Bauteile müssen
zusätzlich UV-Lichtbeständig
und witterungsbeständig sein. Der
Dämmstoff darf keine Feuchtigkeit aufnehmen. Deshalb
wird die Dämmung mit einem Außenmantel aus Zinkblech
oder stabiler Aluminiumfolie (mechanischen Schutz) verkleidet. Dieser
Außenmantel gewährleistet am besten eine Zerstörung
durch Vögel. Es gibt aber auch pickfeste
Kunststoffe. |
| Außerdem gibt es fertiggedämmte
Solarleitungen, die für die Verlegung
im Freien geeignet sind. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
| |
Immer häufiger
wird das diffusionsdurchlässige und
wasserdichte Aerogel
bei Temperaturen von -200 °C bis +650
°C im Hausbau (Transparente
Wärmedämmung) und der Haustechnik
eingesetzt. Die Dämmmatten haben einen 2x bis 8x besseren
Dämmwert (Wärmeleitwert ab 0.013 W/mK)
gegenüber den üblichen Dämmaterialien. Das
Material ist flexibel, rollbar, schneidbar, klebbar, diffusionsdurchlässig,
wasserabweisend und die Klassifizierung des Brandverhaltens
nach DIN EN 13501-1 ist je nach Aerogeltyp die Klasse A1,
A2, B oder E. |
Die Einsatzbereich
sind |
-
Kälte-
und Wärmedämmung: Die Aerogelprodukte
Spaceloft und Cryogel sind bis -200 °C im Kältebereich
und bis +200 °C im Wärmebereich in den Materialstärken
von 3 mm bis 10 mm bestens einsetzbar.
-
Industriedämmung:
Für die Industrie kommt das Produkt Pyrogel 250
bis +385 °C zur Anwendung.
- Hochtemperaturdämmung:
Das Aerogelprodukt Pyrogel XT ist für den Hochtemperaturbereich
bis +650 °C einsetzbar. Durch die A1-Brandklassifizierung
nach DIN EN ist das Produkt Pyrogel XT auch für
den Brandschutz geeignet. Quelle:
AGITEC AG
|
Zur
Herstellung von Aerogel verwendet man Kieselgel.
Dieses wasserhaltigen Gel erhält man, indem man "Wasserglas"
(eine Lösung von Kieselsäure) in Natronlauge
ansäuert. Danach bildet sich erst einmal freie Kieselsäure.
Die Kieselsäuremoleküle, in denen mehrere reaktionsfähige
Molekülgruppen an ein Siliziumatom
gebunden sind, sind indes nicht stabil. Die Mixtur trübt
sich, geliert und geht in porenreiches Kieselgel über. |
| . |
|
| |
|
|
|
PCM
(phase change material) |
Phasenwechselmaterialien
(Latentwärmematerial)
können zur Wärme- und Kältespeicherung
und zur Begrenzung von Temperaturspitzen
(Überhitzungsschutz) eingesetzt werden. Durch
die Nutzung des Phasenwechsels (fest-flüssig oder
flüssig-fest) verfügt das Material über ein hohes
Speichervolumen, da die Wärmekapazität
um ein vielfaches höher ist als herkömmliche
Materialien bzw. Medien. |
| |
| Wärmekapazität
verschiedener Materialien |
| Quelle:
Rubitherm Technologies
GmbH |
|
Die PCM's
werden aus Salzen (z.B. Glaubersalz,
Natriumacetat) oder organischen Verbindungen
(z.B. Paraffine, Fettsäuren) hergestellt. |
Die thermische Energie
kann bei einer festgelegten Temperatur zeitversetzt
entnommen werden. Dadurch ergeben sich viele
verschiedene Einsatzmöglichkeiten: |
- Speicher zur Raumklimatisierung
- Speicher zur Spitzenlastverringerung
- Pufferspeicher für Solar-, Festbrennstoff-
und Wärmepumpentechnik bzw. Heizungstechnik
- Verpackungen (Menütransporte)
- Speicher für medizinische Anwendungen - Transportkühlung
- in der Kleidung zur Pufferung der Körpertemperatur
- Temperaturpufferung an elektrischen Bauteilen
|
|
|
| |
| Abpufferung
der Raumtemperaturspitzen |
| Quelle:
ZAE Bayern |
|
Der Vorteil
des PCM's liegt in der Nutzung der latenten
Wärme während des Phasenwechsels. Aber
es wird auch sensible (fühlbare)
Wärme gespeichert. Hier liegt auch
der Grund, dass sie in unterschiedlichen Baumaterialien
(Gipsplatten und -putze, Porenbetonsteine, Kühldeckenelemente,
Estriche, Holzwerkstoffe, Spachtelmassen) eingesetzt werden.
Auch in Glasscheiben kann das Material
eingebracht werden. |
|
|
Das Micronal® PCM
ist ein Phasenwechselmaterial, das bei einer Raumtemperatur
bei 21 °C, 23 °C oder 26 °C einen Phasenwechsel von fest
nach flüssig vollzieht. Dabei werden sehr große Mengen an
Wärme gespeichert. Das Material enthält im Kern der Mikrokapsel
(ca. 5 µm) ein Latentwärmespeichermaterial
aus einer speziellen Wachsmischung. Diese nimmt bei
einem Temperatur-anstieg über eine festgelegte Temperaturschwelle
(21 °C, 23 °C oder 26 °C) die überschüssige Wärmeenergie
der Raumluft auf und speichert diese im Phasenwandel. Wenn die Temperatur
unter die Temperaturschwelle absinkt gibt die Kapsel diese gespeicherte
Wärmeenergie wieder ab. |
| |
30 kg
Micronal® PCM bieten etwa 1 kWh Speicherleistung. |
- 26 °C
für den sommerlichen Überhitzungsschutz
(z.B. in Dachgeschossen oder für die passive Anwendung
in warmen Regionen)
- 23 °C
für die Stabilisierung der Raumtemperatur
im Komfortbereich, dadurch häufige Nutzung des PCM-Effektes.
Wichtigstes Produkt für aktive und passive Anwendungsfälle.
- 21 °C
für die Nutzung in Flächenkühlsystemen
|
|
|
|
Die Beladung
des Speichers findet eigenaktiv statt.
Die Entladung des Speichermaterials kann durch die
natürliche Luftbewegung, durch eine mechanische
Lüftung oder durch regenerative oder
konventionelle Kühlkonzepte erfolgen. |
| |
Das Micronal®
PCM kann in unterschiedlicher Form in die Baustoffe integriert
werden. Die Mikrokapseln
(BASF Micronal® PCMDispersionen) können in flüssiger
Form in Wasser dispergiert oder in pulverförmiger
Form in Baustoffen (trockene Fertigmischungen
z. B. Gips- oder Zementmörtel) gemischt werden. |
| |
|
|
|
|
|
Wirkungsweise |
Anwendung
als Putz |
Quelle:
BASF SE |
|
| Beispiel 1 |
Das regenerative
Kühlkonzept mit Kühldecken des Gebäudes
basiert auf der regenerativen Kühlung durch Erdwärmesonden,
deren Kühlwasser im Kreis durch die Kühldeckensegel gepumpt
wird. Die Regeneration des PCM erfolgt somit durch Wasser als Energietransportmedium
und ist unabhängig von den nächtlichen Temperaturen. Die Gebäudemasse
wird durch Nachtauskühlung mit automatischen Fensteröffnungen
zusätzlich entladen. |
| |
| Regeneratives
Kühlkonzept mit Kühldecken |
| Quelle:
Dipl.-Ing. (FH) Marco Schmidt, BASF SE |
|
| Tagsüber
erfolgt die Kühlung des
Gebäudes durch stille Kühlung
über die Kühlsegel. Das PCM darin stellt
im Bedarfsfall (bei unzureichender “just-in-time”
Kühlleistung) weitere Kühlreserven zur
Verfügung und dämpft die Spitzenlast
ab. Die Lüftungsanlage ist im Sommerfall
nur für den hygienischen
Luftwechsel zuständig und
übernimmt im Winterfall
die Luftführung für die Wärmerückgewinnung.
Die Fußbodenheizung wird
betrieben mit Abwärme aus
der Produktionshalle, welche sich an das Gebäude
anschließt. Alle konventionellen Kühlaggregate
konnten entfernt werden. Quelle:
BASF SE |
|
|
|
| Beispiel 2 |
Micronal®
PCM stellt die Grundlage für viele intelligente
und energieeffizient Systemlösungen dar. Ein Beispiel sind
die fertig integrierten Kühldeckenelemente
der Firma Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie
(Metalloberfläche / PURHartschaum-Dämmung / Metalloberfläche)
wurden hocheffiziente Kühldeckensegel entwickelt, die im
einfachen Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufe
angeschlossen werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche
durch eine PCM Gipsbauplatte ersetzt. Kapillarrohrmatten
befinden sich auf der Rückseite der zum Raum hin orientierten
PCM Schicht. Somit wird Wasser als Wärmeträger verwendet.
Man wird hierdurch unabhängig von Lufttemperaturen und die
Entladeleistung steigt erheblich. Über Strahlungsaustausch
mit dem darunter befindlichen Raum wird überschüssige
Wärme entzogen – bei höchstem Komfort.
Die Kombination mit PCM in der Decke eröffnet die Möglichkeit
auf regenerative Kälte zurückzugreifen, die nicht immer
dann zur Verfügung steht, wenn die Kühlung gerade gebraucht
wird. Die zeitliche Entkopplung von Wärmeanfall und Wärmebehandlung
wird dabei vom PCM geleistet. |
| |
| Kühldeckenelement
mit PCM-Gipsbauplatte |
| |
Frei
hängende Kühldecken-Segel / Wärmebild
der aktiven Kühldecke |
Quelle:
Ilkazell Isoliertechnik GmbH |
|
Die Kühlelemente
sind relativ leicht und können sowohl im Neubau
als auch in der Sanierung eingesetzt werden. Dort
können sie u. U. eine Betonkernaktivierung
ersetzen. Sie können deckenintegriert
oder frei hängend montiert werden. |
Die IR-Thermografie
zeigt die Funktion der Kühlflächen.
Ca. 50 W/m² werden dem Raum entzogen. Dies ist
ausreichend für die üblichen Lastfälle
in Büroanwendung. Gerade wenn man in Betracht
zieht, dass Energieeffizienz auch Reduktion von thermischen
Lasten mit ins Konzept einschließen muss, sind
bisher übliche 70 W/m² - und mehr - nicht
mehr zeitgemäß. Der Anteil an PCM in den
raumseitigen PCM-Gipsbauplatten reicht
theoretisch für 2 Stunden Volllast ohne Kühlungsunterstützung.
Liegt nur eine Teillast an, reicht die Wärmespeicherkapazität
der Kühldecke entsprechend länger. Damit
sind die Ilkazell-Kühldeckenelemente herkömmlichen
Metallkühldecken ohne Speicherfähigkeit
deutlich überlegen – denn diese müssen
immer “just-in-time” kühlen. Selbst
eine Art "Notlaufeigenschaft" im Leichtbau
lässt sich realisieren. |
| |
|
|
An vielen
Tagen im Jahr kann die Kühlung damit komplett entfallen,
da das PCM die anfallende Wärme aufnimmt
und in die Nacht verschiebt. Die nächtliche
automatische Fensteröffnung sorgt dann für
eine Entladung des PCM und des restlichen Gebäudekörpers.
Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen behandelt werden
muss, ist reale Einsparung und CO2-Reduktion. Im diesem
Fall resultiert ein "vollklimatisiertes" Bürogebäude
mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54 kWh/m²a.
Ein klarer Beweis, dass sich integrierte Konzepte schlussendlich
rechnen. Quelle: BASF SE
|
|
|
Der
PCM-Porenbeton
Dämmleistung und Masse |
Quelle:
BASF SE |
|
Höchste Wärmespeicherkapazität
im Porenbeton: Durch den Einsatz eines
latenten Wärmespeichers wird mit
gleichen Wandstärken doppelte Wärmespeicherkapazität
erreicht. Im realen Anwendungsfall wird darum eine gleich
bleibendere Oberflächentemperatur erreicht, als es
mit einem auf die Spitze getriebenen Lambda-Wert alleine
möglich wäre.
Außerdem steigt das Energieniveau der Wand, was
auch zu erheblichen Einsparungen an Heizenergie führt.
Dies wurde u. a. mit der dynamischen Gebäudesimulation
"PCMexpress“ nachgewiesen. Quelle:
BASF SE
Wassergestützte
Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen
|
|
|
|
| National
Gypsum ThermalCORE mit Micronal PCM |
Quelle:
BASF SE / National Gypsum |
|
National
Gypsum ThermalCORE mit Micronal
PCM absorbiert und speichert die Wärme
während des Tages und kühlt dadurch den
Raum und gibt die Wärme in den kühleren
Abendstunden bei absinkender Temperatur wieder ab. |
Die Platten
werden wie normale Gipskartonplatten
verarbeitet und montiert und sorgen für eine
zusätzliche thermische Masse,
die in der Regel in herkömmlichem Leichtbau
nicht vorhanden ist. Die Paneele erfordern eine
Spachtelung und Dekoration ähnlich der Standard-Gipskartonplatten.
|
|
|
|
PCM
zur passiven Klimatisierung
Dieses PCM funktioniert wie ein Wärmespeicher.
Das Speichermaterial besteht aus Salzhydrate,
die im Gegensatz zu Paraffinen nicht brennbar
sind. Sie sind somit ideal für den Einsatz in Gebäuden
mit höheren vorbeugenden Brandschutzanforderungen.
Wenn dem Material (Deckenpaneele) Wärme
zugeführt wird, ändert sich bei Erreichen der
Schmelztemperatur der Aggregatzustand von fest zu flüssig.
Im umgekehrten Phasenwechsel wird die
gespeicherte Wärme wieder abgegeben. So lassen sich
Temperaturschwankungen glätten und
Wärmespitzen verhindern, ohne dass
Energie zum Kühlen eingesetzt werden muss. |
| |
|
| |
| DELTA®-COOL
Board |
| Quelle:
Dörken GmbH & Co. KG |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
