Artikel Effekte verbesserter Isolierungen in Anlagen der chemischen Industrie

Ein großer Teil der betriebstechnischen Anlagen in der chemischen Industrie ist seit mehr als 20 Jahren in Betrieb. Bei der Auslegung ihrer Dämmung standen zum Zeitpunkt ihrer Errichtung noch in erster Linie Arbeitsschutzaspekte wie der Berührungsschutz sowie bauphysikalische Aspekte wie das Verhüten von Tauwasser an der Oberfläche oder betriebtechnische Anforderungen im Vordergrund. Aspekte der Wirtschaftlichkeit oder der Energieeffizienz bzw. des Klimaschutzes spielten - wenn überhaupt - eine untergeordnete Rolle. Mit heute deutlich spür- und messbaren Konsequenzen: So reicht beispielsweise bei einer 150°C heißen Rohrleitung DN200 bereits eine nur 30mm dicke Steinwolle-Dämmung aus, um die in UV-Vorschriften geforderte maximal zulässige Oberflächentemperatur von 60°C zu unterschreiten. Dass diese Rohrleitung bei einer so geringen Dämmdicke Wärmeverluste von ungefähr 150?W/m und auf diese Weise über die gesamte Standzeit der Anlage ernorm hohe Kosten verursacht, wurde in der Vergangenheit oft nicht berücksichtigt.

Eine EnEV für die Industrie?

Vergleicht man die Dämmdicken in den Anlagen der Chemieindustrie mit den heutzutage in Deutschland üblichen und empfohlenen Dämmstandards in Wohngebäuden, so entsteht ein groteskes Bild: In Schrägdächern sind schon bald Dämmdicken von 300mm Standard, obwohl die Temperaturunterschiede zwischen Dachaußen- und -innenfläche „nur" zwischen 20 und 40°C liegen. Im Falle der oben als Beispiel angeführten Rohrleitung, die mit 30?mm gedämmt wurde, liegt die Temperaturdifferenz mit 130°C drei- bis sechsmal höher. Noch deutlicher wird die Diskrepanz bei großen Dampfkesseln: Trotz Dampftemperaturen von über 600?°C sind wir hier von einer Dämmdicke von 300mm wie im Schrägdach noch weit entfernt.

Während die Energieeinsparverordnung EnEV verbindliche Dämmdicken für Rohrleitungen von haustechnischen Anlagen wie Heizungs- und Warmwasserrohrleitungen vorschreibt, fehlen für betriebstechnische Anlagen in der Industrie solche gesetzlichen Regelungen. Die ökonomische Vernunft könnte hier allerdings - Aufklärung vorausgesetzt - eine Vorgabe des Gesetzgebers ersetzen, so die Einschätzung vieler Fachleute. Aufklärung ist zum Beispiel hinsichtlich der Beurteilung einer vorhandenen Isolierung und ihrer Effekte gefragt: In den Köpfen vieler Anlagenbetreiber nämlich haben sich Anforderungen an die Wärmestromdichte von 150W/m bzw. W/m² festgesetzt. Diese Anforderungen stammen jedoch noch aus den frühen 1980er-Jahren und damit aus einer Zeit, in der die erste Ölkrise gerade überstanden war und man wieder glaubte, fossile Energien stünden unbegrenzt zur Verfügung. Auch hier lohnt sich ein Vergleich mit der EnEV, die einen maximal zulässigen Wärmeverlust von circa 10W/m für haustechnische Rohrleitungen vorschreibt.

Aufs Ganze kommt es an

Neben zu geringer Dämmdicken an Rohrleitungen oder Anlagenteilen wie Behältern und Kesseln sorgen auch Wärmeverluste über so genannte anlagenbedingte Wärmebrücken für hohe Kosten, da sie den Gesamtwärmeverlust Q (sprich „groß Q") der Anlage gravierend negativ beeinflussen. Anlagenbedingte Wärmebrücken resultieren beispielsweise aus Rohrauflagern und -aufhängungen, Armaturen, Flanschen oder Abflachungen. Sieht man sich übliche Leitungsverzeichnisse für Isolierarbeiten an, so wird dort im Allgemeinen eine Wärmestromdichte q (sprich „klein q") von zum Beispiel 150W/m bzw. W/m² vorgeschrieben. Die Wärmestromdichte q beinhaltet allerdings nur die Wärmeverluste, die über das gedämmte Objekt - wie die besagte Rohrleitung - auftreten. Sie berücksichtigt nicht die anlagenbedingten Wärmebrücken.

Ein einfaches Rechenbeispiel soll an dieser Stelle die Bedeutung der einzelnen Einflussgrößen verdeutlichen: Die bereits oben beschriebene Rohrleitung ist 50m lang. Die Wärmestromdichte q beträgt 150W/m. Insgesamt erfolgt der Lastabtrag der Rohrleitung über zehn Rohrauflager, über die jeweils 250W verloren gehen. In der Rohrleitung befinden sich drei Armaturen, die jeweils 350W an Wärmeverlusten verursachen. Der Gesamtwärmeverlust Q ergibt sich somit aus 50m x 150W/m + 10 (Rohrauflager) x 250W + 3 (Armaturen) x 350W = 11,05kW. Dies entspricht einem spezifischen Wärmestromverlust(sprich „klein q quer") von 221 W/m.

Wärmebrücken schmälern den Effekt der Dämmung

Soll bei einer solchen Rohrleitung die Energieeinsparung um 30% verbessert werden, reicht es nicht aus, die Wärmestromdichte q der Rohrleitung beispielsweise durch die Erhöhung der Dämmdicke (von 30 auf 50mm) um 30%, sprich auf 105W/m, zu reduzieren. Diese Maßnahme würde den Gesamtwärmeverlust Q auf 8,8kW reduzieren, was lediglich einer Einsparung von circa 20% entsprechen würde. Um eine Gesamteinsparung von 30% nur über die Optimierung der Rohrdämmung zu erreichen, müsste also eine Wärmestromdichte q von 83,7W/m erzielt werden, was im Beispiel einer Erhöhung der Dämmdicke von 30 auf 70mm entsprechen würde. Häufig ist eine solche Erhöhung der Dämmdicken in einer bestehenden Anlage gar nicht möglich. Dann können aber eine verbesserte Armaturendämmung oder eine energetische Optimierung der Rohrauflager zielführend sein. Bereits dieses kleine Beispiel zeigt, dass die Verbesserungsmöglichkeiten vielfältig sind und in der Regel nur bei einer wirtschaftlich ausgewogenen Kombination aller Optimierungsmaßnahmen zum Erfolg führen.

Um zukünftig ein einheitliches Optimierungsverfahren für betriebstechnische Anlagen anbieten zu können, erstellt der VDI-Richtlinienausschuss zurzeit die VDI 4610 - „Energieeffizienz von betriebstechnischen Anlagen unter Berücksichtigung der Kriterien des Wärme- und Kälteschutzes".

Hohe Wirkungsgrade fordern hohe Dampftemperaturen

Es ist heute unumstritten: In allen industriellen Prozessen, im Rahmen derer Stoffe energieintensiv erhitzt, gelagert, umgewandelt oder zur weiteren Verwendung über Rohrleitungsnetze transportiert werden, können eklatante Einsparpotenziale gehoben werden. Bei steigenden Energiepreisen und angesichts des gesellschaftlichen Ziels, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, ist ein energieeffizienter Betrieb solcher Anlagen zweifelsfrei das Gebot der Stunde. Die Dämmstoffindustrie hält hierfür zahlreiche ebenso leistungsstarke wie erprobte Lösungen bereit. Mit Produkten wie der Drahtnetzmatte Prorox WM HT steht eine leistungsstarke zweischichtige Dämmlösung zur Verfügung, die speziell für Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurde.

Die zweischichtige Matte nämlich besteht aus einer circa 30mm dicken, stark verdichteten Schicht an der Unterseite, die der hohen Temperatur des zu dämmenden Objekts zugewandt ist. Dieser bei Drahtnetzmatten einzigartige Schichtaufbau macht den Einsatz der Matte mit einer oberen Anwendungsgrenztemperatur von bis zu 720°C für Hochtemperaturdämmungen bei verschiedensten Anwendungen im modernen Anlagenbau möglich.

Als besonders effiziente Hochtemperaturdämmung ist die Drahtnetzmatte mit mehrlagigen Dämmschichtaufbauten eine optimale Ergänzung zu den beiden RTI Drahtnetzmattenlösungen Prorox WM 100 und Prorox WM 80. Sie lässt als erste, objektanliegende Schicht die Temperatur auf ihrer Außenseite so weit abfallen, dass die weiteren Schichten problemlos mit einschichtigen Drahtnetzmatten gedämmt werden können. Eine sehr effiziente und sichere Hochtemperaturdämmung ist so allein mit nichtbrennbarer Steinwolle zu erreichen. Andere Materialien werden dazu nicht benötigt.

Entscheider-Facts
Für Anwender

• In allen industriellen Prozessen, im Rahmen derer Stoffe energieintensiv erhitzt, gelagert, umgewandelt oder zur weiteren Verwendung über Rohrleitungsnetze transportiert werden, können eklatante Einsparpotenziale gehoben werden.
• Mit Produkten wie der Drahtnetzmatte Prorox WM HT steht eine leistungsstarke zweischichtige Dämmlösung zur Verfügung, die speziell für Hochtemperaturanwendungen entwickelt wurde.
• Ihr Schichtaufbau macht den Einsatz der Matte mit einer oberen Anwendungsgrenztemperatur von bis zu 720 °C für Hochtemperaturdämmungen bei verschiedensten Anwendungen im modernen Anlagenbau möglich

Autor: Andreas Nowoczin, Leiter Technische Dienste Rockwool Technical Insulation
Ausgabe:11/2010 November