Dämmung nach Maß - Wacker Chemie AG


Dämmung nach Maß

Industriebetriebe verschwenden noch zu oft Energie, weil Armaturen und andere Anlagenteile mit komplex geformten Oberflächen ungedämmt bleiben. Für solche Bauteile hat ContiTech jetzt ein flexibel anpassbares Isoliersystem entwickelt, das dank eines Siliconkautschuks von WACKER durch die Wärme der Anlage von alleine aushärtet.

In einer jeden Mikrokugel ist das Gas wie in einem Luftballon eingesperrt.

Um Produkte herstellen, weiterverarbeiten oder veredeln zu können, benötigen Industriebetriebe Wärme. Diese sogenannte Prozesswärme stellt insbesondere in energieintensiven Branchen – wie der chemischen, metallerzeugenden oder -verarbeitenden Industrie – einen erheblichen Kostenfaktor dar. Nach einer Untersuchung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie wendete die deutsche Industrie im Jahr 2013 insgesamt 1700 Petajoule oder 473 Milliarden Kilowattstunden auf, allein um Prozesswärme bereitzustellen – das waren knapp zwei Drittel ihres gesamten Energieverbrauchs.

Dennoch behandeln immer noch etliche Betriebe die Wärmedämmung ihrer Anlagen eher stiefmütterlich. Erhebliche Wärmemengen gehen über die Oberflächen von heißen Anlagenteilen ungenutzt an die Umgebung verloren. Eine Studie der European Industrial Insulation Foundation (EIIF) zeigt: In Industrieanlagen sind durchschnittlich zehn Prozent der Oberfläche entweder überhaupt nicht wärmegedämmt oder haben eine schadhafte Wärmeisolierung.

Matten aus Mineralwolle

Um Anlagenteile zu dämmen, die heißer als 130 Grad Celsius sind, konnten die Betreiber bisher praktisch nur auf Mineralwolle zurückgreifen. Die langen Rohrleitungen etwa, in denen in vielen Großbetrieben Heißdampf zu den Anlagen transportiert wird, sind mit Matten aus Mineralwolle isoliert und außen mit einer Hülle aus Zinkblech mit Aluminiumbeschichtung verkleidet – ein bewährtes und wirtschaftliches Verfahren. Dagegen bleiben die Teile der Leitungssysteme meist ausgespart, die wegen ihrer komplexen Oberflächenstrukturen schwer zu dämmen sind. Dies betrifft etwa Verzweigungen, Flansche und Übergänge auf andere Rohrdurchmesser sowie Einbauteile wie Absperrschieber, Hähne und Ventile.

Viele Betriebe unterschätzen jedoch nach wie vor den Wärmeverlust, der an solchen Armaturen entsteht. So kann nach Angaben der Deutschen Energie-Agentur (dena) eine einzelne ungedämmte Armatur, die ein Anschlussmaß von 100 Millimeter hat und die von 100 Grad Celsius heißem Dampf durchströmt wird, so viel Wärme verlieren wie eine zwanzig Meter lange, gedämmte Rohrleitung desselben Querschnitts. Schon an einem einzigen nicht isolierten Ventil können jährlich Wärmeverluste im Wert von einigen hundert Euro entstehen. Und wie viele solcher energetischen Schwachstellen weist erst eine ganze Fabrik auf.

Kompliziert geformte Anlagenteile wie diese Flansche können mit den flexibel anpassbaren Siliconelastomermatten von ContiTech auf einfache Weise isoliert werden.

Das Energieberatungsunternehmen Ecofys hat diese Wärmeverluste einmal für die gesamte deutsche Industrie hochgerechnet. Die Berater schätzen, dass hiesige Produktionsstätten jährlich 106 Petajoule oder 22 Milliarden Kilowattstunden an Wärmeenergie einsparen könnten, wenn sie alle bislang ungedämmten Anlagenteile wärmeisolieren und beschädigte Dämmungen reparieren würden. Diese Maßnahmen würden zwar etwa 180 Millionen Euro kosten, jedoch könnten die Unternehmen dadurch Jahr für Jahr 750 Millionen Euro an Energiekosten einsparen.

Warum Armaturen und ähnliche Einbauteile trotz solch erheblicher Einsparpotenziale oftmals nicht thermisch isoliert sind, erläutert Dr. Jens Storre, der als Chemiker bei der ContiTech Elastomer-Beschichtungen GmbH im niedersächsischen Northeim tätig ist: „Diese Anlagenteile müssen sich auch nach der Dämmung noch bedienen lassen, und sie müssen für Wartungs- und Reparaturarbeiten zugänglich sein. Zudem sind sie meist so komplex geformt, dass sich eine Wärmedämmung mit herkömmlichen Materialien – wenn überhaupt – nur mit großem Aufwand realisieren lässt.“ Dr. Storre ist bei ContiTech für die Forschung und Entwicklung von Elastomer-Platten verantwortlich. Er hat das flexible Isoliersystem Conti® Thermo-Protect mit entwickelt.

Siliconelastomere

Siliconelastomere sind gummielastische Feststoffe, die auf Polyorganosiloxanen basieren. Sie entstehen aus Siliconkautschuken durch einen als Vulkanisation bezeichneten Prozess. Hierbei bilden die Polymerketten der siliciumorganischen Makromoleküle ein dreidimensionales Netzwerk, der Kautschuk härtet aus. Siliconelastomere zeichnen sich durch ein Eigenschaftsprofil aus, das sie in vielen technischen Anwendungen unentbehrlich macht: Sie sind außerordentlich hitzebeständig, zugleich auch kälteflexibel, chemisch inert und biokompatibel. Siliconelastomere besitzen eine stark hydrophobe, also wasserabweisende Oberfläche und nehmen kein Wasser auf, wirken sehr gut elektrisch isolierend und leiten nur schlecht Wärme. Typisch ist ihre hohe Beständigkeit gegen eine Vielzahl physikalischer und chemischer Einflüsse, weshalb sie – anders als organische Gummis – auch nicht altern. So bleiben ihre chemischen, physikalischen und technischen Eigenschaften zwischen etwa –50 und +200 Grad Celsius nahezu konstant. Ebenso verkraften sie die fortwährende Einwirkung von Sauerstoff, Ozon und UV-Strahlung.

Einsetzbar bis 250 Grad Celsius

Konzipiert für Anlagenteile mit schwierigen geometrischen Formen wie Flansche, Hähne, Verzweigungen oder Absperrschieber, eröffnet das System neue Möglichkeiten für die Wärmedämmung im Temperaturbereich zwischen 130 und 250 Grad Celsius. Dieser Temperaturbereich ist zum Beispiel in der chemischen Industrie, im Maschinenbau, in der Zellstoffindustrie und auch bei einigen Prozessen der Lebensmittelindustrie wichtig.

Bei dem Isoliermaterial handelt es sich um eine Siliconkautschukmischung, die zu einem mikroporösen Siliconelastomer aushärtet. Als Basis wählte das Northeimer Unternehmen, das zum hannoverschen Continental-Konzern gehört, einen Festsiliconkautschuk von WACKER, der durch eine platinkatalysierte Additionsreaktion vernetzt. „Silicone zeichnen sich durch ein Eigenschaftsprofil aus, das sie für diese Anwendung prädestiniert“, erklärt WACKER-Fachverkäufer Christoph Schlegel. „So sind sie alterungsbeständig, widerstehen hohen Temperaturen und sind schlechte Wärmeleiter. Der ausgewählte Siliconkautschuk ergibt ein Siliconelastomer, das zudem sehr reiß- und weiterreißfest ist.“

Vulkanisierte Schlauchisolierungen sind besonders flexibel und robust. Vorgeschlitzte Schläuche gibt es in verschiedenen Dicken. Auch geschlossene Isolierungen sind erhältlich.

Obwohl die Wärmeleitfähigkeit eines durchschnittlichen Siliconelastomers mit einem Wert von etwa 0,2 Watt pro Meter recht niedrig ist, lässt sich das Material erst in poröser Form als effizienter Wärmedämmstoff verwenden. Das in den vielen Poren vorhandene Gas erhöht die thermisch isolierende Wirkung erheblich. Voraussetzung ist allerdings, dass die Poren des Materials weder untereinander verbunden sind, noch eine Verbindung zur Umgebungsluft haben – dass also jede einzelne Pore abgeschlossen ist. Fachleute bezeichnen solch eine Porenstruktur als geschlossenzellig.

Wären die Poren offen, könnte das Gas durch seine Konvektion nämlich Wärme von der heißen zur kalten Seite transportieren. Der ContiTech-Chemiker Dr. Storre erzeugt die geschlossenzellige Porenstruktur in seinem Dämmmaterial mit Hilfe von winzigen, dehnbaren Hohlkugeln, die mit einem Gas gefüllt sind. „In den Siliconkautschuk eingemischt, stellen diese Mikrohohlkugeln gasgefüllte Poren dar. In einer jeden Mikrokugel ist das Gas wie in einem Luftballon eingesperrt“, erklärt der Elastomer-Experte.

Das Northeimer Unternehmen rüstet das Material zusätzlich noch mit einem Hitzestabilisator und einem Flammschutzadditiv aus. Im Ergebnis erreicht das mikroporöse Elastomer eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,08 Watt pro Meter und Kelvin, gemessen bei 200 Grad Celsius. „Damit liegt unser Silicon-Isoliermaterial auf dem gleichem Niveau wie Mineralwolle. Eine zehn Millimeter starke Isolierschicht genügt, um die Wärmeverluste um rund 65 Prozent zu reduzieren“, betont Dr. Storre.

Conti® Thermo-Protect gibt es als Formteile, Platten, Schläuche und als Paste. Mit der Conti® Thermo-Protect-Paste in Kartuschenform lässt sich das unvulkanisierte Isoliermaterial einfach dosieren und eignet sich gut zum Verschließen von Schlitzen und Löchern.

Schutz vor Verletzungen

Das Dämmmaterial ist elastisch und nachgiebig. Dadurch hält es nicht nur Schwingungen und Stößen stand, sondern schützt auch Personen vor Verletzungen und Verbrennungen, wenn sie sich an den heißen Armaturen stoßen.

Interessant ist das Dämmsystem von ContiTech somit auch unter dem Aspekt der Arbeitssicherheit. Mit den dünnen, nur wenige Millimeter starken Siliconplatten lassen sich heiße, offenliegende Anlagenteile isolieren, die im Arbeitsbereich eines Mitarbeiters liegen und bislang nicht gedämmt werden konnten, und gegen Berührung schützen.

ContiTech bietet das Material im unvulkanisierten Zustand als plastisch verformbare Masse in Form von Platten an, stellt aber auch vorgefertigte und vulkanisierte Formteile und Schlauchisolierungen her.

Eine zehn Millimeter starke Isolierschicht um diese Rohrleitung genügt, um die Wärmeverluste um rund 65 Prozent zu verringern.

Die Platten aus dem unvulkanisierten Material haben die Konsistenz von Knetgummi, lassen sich mit einem Messer schneiden und mit den Händen formen. Dadurch wird das Material perfekt an kompliziert geformte Anlagenteile angepasst und auch in schmale Öffnungen oder Hinterschnitte hineingedrückt. Weil das Material gut auf metallischen Oberflächen und auf sich selbst haftet, können Zuschnitte manuell montiert und ohne Klebstoff zu einer geschlossenen Hülle verbunden werden.

Entsprechend einfach ist die Montage der Wärmeisolation: Der Monteur nimmt Maß, schneidet passende Stücke aus der knetbaren Platte aus, legt die Materialzuschnitte um das zu isolierende Bauteil und formt aus den Zuschnitten eine geschlossene Hülle. Die dabei auftretenden Fugen werden durch Zusammendrücken geschlossen. Wird die Leitung, in der sich das mit dem unvulkanisierten Dämmmaterial umhüllte Bauteil befindet, anschließend in Betrieb genommen, härtet das Material von selbst aus – die hohe Betriebstemperatur sorgt für eine zügige Vernetzung. Auf diese Weise entsteht selbst bei schwierigen Geometrien ein wärmedämmendes Formteil, das die heiße Armatur wie ein passgenauer Mantel umhüllt. Die Wärmedämmung lässt sich auch problemlos und schnell demontieren und später erneut anbringen – das Anlagenbauteil bleibt stets zugänglich.

Amortisation in Monaten

Die Kunden von ContiTech können mit dem neuen Isoliersystem Wärmeverluste auch an solchen Anlagenteilen effizient reduzieren, die sich bislang nicht dämmen ließen. Der finanzielle Aufwand hält sich in Grenzen, wohingegen die Kosteneinsparungen erheblich sein können. „In den meisten Fällen amortisiert sich die Investition schon innerhalb weniger Monate“, ist Dr. Storre überzeugt.

ContiTech hat vor, sein Isoliersystem weiterzuentwickeln und durch neue Produkte zu ergänzen. Ein Ziel ist zum Beispiel, das Material noch hitzebeständiger zu machen. Auch arbeitet Dr. Storre daran, eine Masse zu entwickeln, die etwas dünnflüssiger ist als das knetgummiartige Produkt. Solch eine Masse ließe sich zum Beispiel auf Bauteile aufspachteln. Auch diese Entwicklungen wird WACKER mit geeigneten Siliconkomponenten begleiten.