Ein höheres Dämmniveau rentiert sich

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• Bei der Dimensionierung der Dämmschichtdicke von kaltgehenden Leitungen wird in der Praxis vorrangig auf die Vermeidung von Tauwasser abgezielt.
• Eine aktuelle Studie zeigt jedoch, dass sich ein höheres Dämmniveau aus den Energieeinsparungen während der typischen Nutzungsdauer refinanziert. Bei Kühlanlagen im Dauerbetrieb ergeben sich besonders kurze Refinanzierungszeiten.
• Durch den Einsatz optimaler Dämmschichtdicken auf Kühlwasser- bzw. Kältemittelleitungen können pro installiertem m³ AF/Armaflex-Dämmung die CO₂-Emissionen um 1100…2500 kg/a verringert werden.

Die Dämmung von kaltgehenden Leitungen dient heute vorrangig der Verhin­derung von Tauwasser – es ist gängige Praxis, die Dicke der Dämmschichten ausschließlich unter diesem Gesichtspunkt zu ermitteln. In der Regel werden dann Dämmschichtdicken von 6 bis maximal 13 mm eingesetzt, die das Entstehen von Tauwasser verhindern. Somit sind die Dämmschichtdicken nicht optimal für eine Minimierung vermeidbarer Energie­verluste ausgelegt.

Wie die Ergebnisse einer aktuellen Studie des Herstellers für flexible technische Dämmstoffe Armacell zeigen, sind durch größere Dämmschichtdicken wesentliche Energie- und damit CO₂-Emissionseinsparungen möglich. Ziel der Studie war die Ermittlung einer optimalen, das heißt auch wirtschaftlich rentablen Dämmschichtdicke für unterschiedliche Anlagetypen. Dazu wurden die Einsparungen ermittelt, die durch höhere Dämmniveaus (AF/Armaflex AF-2 bis AF-6) – also über die sogenannte Tauwasserdämmung (in der Regel AF-1) hinausgehende Dämmdicken – erreicht werden und anschließend den Investitionskosten gegenübergestellt. Untersuchungsgegenstand waren unterschiedlich komplexe Gebäudeklimaanlagen mit unterschiedlichem Kühlbedarf sowie typische Kühlanlagen, die in Supermärkten zur Lagerung und zum Verkauf von Lebensmitteln eingesetzt werden.

Neun Szenarien wurden untersucht

Berücksichtigt wurden Klimaanlagen in einem kleinen und in einem großen Bürogebäude mit unterschiedlichem Kühlbedarf sowie Kühlanlagen unterschiedlicher Temperatur und Leistung. Um repräsentative Ergebnisse für unterschiedliche Gebäudetypen und -größen sowie für unterschiedliche Kälteleistungen und Temperaturen der Kühlanlagen zu erhalten, wurden insgesamt neun Szenarien entwickelt. Zu diesem Zweck wurden sowohl für die Klima- als auch für die Kühltechnik typische Anlagen ausgewählt, die in allen ­europäischen Ländern zu finden sind Abb. 2 Abb. 3.

Typische Klimaanwendungen

• ein Supermarkt mit klassischer Klimaanlage auf Basis von Kühlwasser mit einem Kühlbedarf von 70 W/m²
• ein kleines, fünfgeschossiges Bürogebäude mit klassischer Klima­anlage und einem Kühlbedarf von 75 bzw. 100 W/m²
• ein großes, zehngeschossiges Bürogebäude, ebenfalls mit klassischer Klimaanlage ausgerüstet und mit einem Kühlbedarf von 75 bzw. 100 W/m²

Typische Kühlanwendungen

• Kühlanlagen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Kühlvitrinen zur Lagerung und zum Verkauf von Nahrungsmitteln, wie sie in ­Supermärkten eingesetzt werden (Kühlbedarf von 50 bzw. 100 kW)
• Kühlanlagen mit einer unterschiedlichen Anzahl an Tiefkühlzellen zur Lagerung von Nahrungsmitteln, die ebenfalls in Supermärkten eingesetzt werden (Kühlbedarf von 25 bzw. 50 kW)

Tauwasserdämmung als Bezugswert

Um einen störungsfreien Betrieb kältetechnischer Anlagen zu gewährleisten und eine Korrosion von dafür empfindlichen Anlagenteilen zu ver­meiden, müssen Kühlwasser- und Kältemittelleitungen vor dem Entstehen von Tauwasser geschützt werden.

Durch eine Tauwasserdämmung wird ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur verhindert, die Anlagenteile werden vor der Kondensation der Luftfeuchtigkeit geschützt und ein Abtropfen von Tauwasser auf Anlagenteile, den Baukörper, Möbel und Waren wird ausgeschlossen. Die Dämmschichtdicke zur Verhinderung einer Tauwasserbildung ist u.a. von der Mediumtemperatur und den Umgebungsbedingungen (Temperatur, relative Luftfeuchte) abhängig.

Da eine Mindestdämmung der kältetechnischen Anlagenteile aus technischer Sicht somit unvermeidbar ist, wurde in der Studie das Energieeinsparpotenzial der unterschiedlichen Dämmniveaus nicht mit einer „Null-Dämmung“, sondern immer mit der zur Tauwasservermeidung notwendigen Mindestdämmung verglichen.

Die so ermittelten Energieeinsparungen für die unterschiedlichen Dämmschichtdicken bilden die Basis für weitergehende Berechnungen. So wurden beispielsweise die finanziellen Einsparungen für gewisse Zeitperioden (z.B. für 5, 10, 15 und 20 Jahre) kalkuliert. Um die zukünftigen Ersparnisse korrekt zu ermitteln, wurden eine jährliche Energiepreissteigerung von 5 % und ein Zinssatz von 4 % zugrunde gelegt und nach dem Prinzip des „present value“ (Gegenwartswert, Barwert) umgerechnet.

Zentral war auch die ökologische Bedeutung der Einsparmöglichkeiten. Darum wurde das Energieeinsparpotenzial der unterschiedlichen Dämmniveaus in CO₂-Emissionen umgerechnet, die durch die Einsparung vermieden werden.

Optimales Dämmniveau bei Klimaanlagen

Zur Vermeidung der Tauwassergefahr reicht unter den angenommenen Auslegungsbedingungen (Mediumvorlauftemperatur +7 °C, Umgebungstemperatur +26 °C, relative Luftfeuchte 70 %) in allen Gebäuden eine Dämmung mit AF-1, also eine Dämmschichtdicke von 7 bis 10 mm. Die höheren Einsparungen unerwünschter Wärmegewinne, die durch die Dämmschichtdicken AF-2 bis AF-6 erreicht werden können, wurden als Differenz der jeweiligen Wärmegewinne zum Wärmegewinn der AF1-Dämmung ermittelt.

Je größer die Dämmschichtdicke, desto höhere Einsparungen sind möglich. Die höheren Energieeinsparungen führen zu Einsparungen der Betriebskosten und einer größeren Umweltfreundlichkeit, allerdings bedingen sie auch höhere Investitionskosten. Es stellt sich also die Frage, ob sich der größere Investitionsaufwand finanziell lohnt, d.h. ob sich die Mehrkosten im Laufe der Betriebszeit (bei Klimaanlagen etwa 15 bis 20 a) amortisieren.

Wie Abb. 5 zeigt, kann unter wirtschaftlichen Aspekten in allen Gebäudetypen unabhängig vom Kühlbedarf mit einer AF-4 Dämmung (Dämmschichtdicke von 15,5 bis 25,0 mm) das Optimum erreicht werden. Bei einer angenommenen Betriebslaufzeit von 15 a können mit einer AF-4 Dämmung die höchsten finanziellen Einsparungen erzielt werden, nach 20 a sind die Einsparungen der Dämmniveaus AF-4, AF-5 und AF-6 fast gleich, aber selbst dann stellt die AF-4-Dämmung in den meisten Fällen das Optimum dar.

In Abb. 4 können die energetischen, finanziellen und die CO₂-Einspar­potenziale abgelesen werden, die durch eine AF-4-Dämmung für die Laufzeit von 20 a in den einzelnen Gebäudetypen realisiert werden können.

Optimales Dämmniveau bei Kühlanlagen

Die Energieeinsparungen für Kühlanlagen lassen sich analog zu den Berechnungen für Klimaanlagen ermitteln. Im Fall „Kühlanlagen mit Kühlvitrinen“ mit einer Mediumtemperatur von –5 °C kann das Entstehen von Tauwasser auf den Kältemittelleitungen unter den ­angenommenen Auslegungsbedingungen (Umgebungstemperatur von +26 °C, relative Luftfeuchte von 60 %) mit einer AF-1-Dämmung verhindert werden. Um die Kältemittelleitungen der Anlage mit Tiefkühlzellen (Mediumtemperatur von –36 °C) vor Tauwasserbildung zu schützen, muss die Dämmung 21,5 mm (bei einem Durchmesser der Saugleitung von 64 mm) bzw. 22,5 mm (bei einem Durchmesser von 88,9 mm) dick sein. Das entspricht der AF/Armaflex Dämmung AF-4 Abb. 7.

Anders als klimatechnische Anlagen laufen kühltechnische Anlagen zur Lagerung von Lebensmitteln in der Regel an 365 d/a. Aufgrund der längeren Betriebszeit und der niedrigeren Mediumtemperaturen der Kältemittelleitungen rentieren sich bei Kühlanlagen auch bei einer durchschnittlichen Betriebsdauer von nur 10 a nochmals deutlich höhere Dämmschichtdicken. Für Tiefkühlanlagen (Mediumtemperatur von – 36 °C) würde sich wahrscheinlich auch eine über eine AF/Armaflex AF-6 Dämmung hinausgehende Dämmung rechnen. Da ein solch hohes Dämmniveau aus betriebs- und installationstechnischen Gründen jedoch in der Regel nicht möglich ist, wurden in den Berechnungen keine größeren Dämmschichtdicken berücksichtigt.

In Abb. 6 können die energetischen, finanziellen und die CO₂-Einspar­potenziale, die durch eine AF-6-Dämmung für die Laufzeit von 10 a realisiert werden können, abgelesen werden. Unter wirtschaftlichen Aspekten besonders interessant sind die extrem kurzen Amortisationszeiten der ­zusätzlichen Investitionskosten bei allen Installationen. Die Mehrkosten haben sich bereits nach wenigen Monaten amortisiert.

Fazit

Bei der Erzeugung des für Kühl- und Klimaanlagen notwendigen Kalt­mediums fallen hohe Energiekosten an. Um die Anlagen so energie­effizient wie möglich zu betreiben, spielt die Dämmung eine wichtige ­Rolle im Gesamtkonzept. Sie sorgt dafür, dass die erforderliche Mediumtemperatur möglichst lange gehalten wird und die Kältemaschine seltener anlaufen muss. Wie die Ergebnisse der Armacell-Studie zeigen, lassen sich durch optimale Dämmschichtdicken auf Kühlwasserleitungen von ­Klimaanlagen und Kältemittelleitungen von Kühlanlagen wesentliche ­Einsparpotenziale realisieren.

Die optimale Dämmung für Kühlwasserleitungen ist eine AF-4-Dämmung (Dämmschichtdicke 15,5 bis 25,0 mm) und die optimale Dämmung für Kältemittelleitungen ist eine AF-6-Dämmung (Dämmschichtdicke 32 bis 50 mm). Die höheren Investitionskosten, die durch den Einsatz der optimalen anstelle einer minimalen Tauwasserdämmung entstehen, machen sich im Laufe der Betriebszeit bezahlt. Bei Kühlanlagen rechnen sich die Kosten schon nach 7 bis 9 Monaten.

Beachtlich sind die Ergebnisse auch unter dem Umweltaspekt. Allein durch eine optimale Dämmung der Rohrleitungen können die CO₂-Emissionen der untersuchten Anlagen jährlich um mehrere Tonnen gesenkt werden. Die Ergebnisse erlauben verallgemeinernde Aussagen: Durch den Einsatz optimaler Dämmschichtdicken auf Kühlwasser- bzw. Kältemittelleitungen können die CO₂-Emissionen pro installiertem m³ AF/Armaflex-Dämmung jährlich erheblich reduziert werden. Und zwar um

1. ca. 1150 kg/a CO₂ beim Betrieb von Klimaanlagen Abb. 8,

2. ca. 1900 kg/a CO₂ beim Betrieb von Kühlanlagen mit einer Mediumtemperatur von –5 °C Abb. 9 und um

3. ca. 2550 kg /a CO₂ beim Betrieb von Kühlanlagen mit einer Mediumtemperatur von – 36 °C.

Diente die Dämmung von kaltgehenden Leitungen bisher vorrangig der Tauwasserverhinderung, muss die Vermeidung von Energieverlusten (bzw. unerwünschten Wärmegewinnen) aus Anlagenteilen zukünftig ein primäres Ziel werden. •

TGA-Planer: Die Armacell-Studie zeigt, dass das Dimensionierungskriterium „Tauwasservermeidung“ bei Klima- und Kühlanlagen nach dem HOAI-Leistungsbild nicht ausreichend ist und zusätzlich eine wirtschaftliche Betrachtung erforderlich ist.

Anlagenbauer: Mit einem Nebenangebot für eine Klima- oder Kühlanlage, das ein optimiertes Dämmniveau berücksichtigt, kann man sich insbesondere dann gut positionieren, wenn die Betriebskosten zu den Vergabekriterien gehören.

Bauherren: Kaltgehende Leitungen werden oft so verlegt, dass eine nachträgliche Verbesserung des Dämmniveaus nicht möglich ist. Auch wenn der Kühlbedarf während der Nutzungsdauer gesenkt wird, bleiben die Energieverluste näherungsweise konstant. Eine langfristige Betrachtung ist darum bei der Dämmung von Rohrleitungen sehr wichtig.

ist Technical Manager und Manager Technical Services CH, A, CE/CIS bei Armacell, 48153 Münster, Telefon (02 51) 7 60 30, jarek.chmielarski@armacell.com, https://www.armacell.com/