Solarleitungen richtig dämmen

Mit solarthermischen Anlagen können erhebliche Energie- und CO₂-Einsparungen erzielt werden, wenn sie richtig geplant, installiert und gewartet werden. Dabei sind professionell gedämmte Solarleitungen ganz entscheidend. Sie verbin-den die Kollektoren mit dem Speicher und sorgen dafür, dass die Energie vom Dach möglichst ohne Verluste im Wärmespeicher ankommt. Leider werden zur Dämmung von Solarleitungen immer noch Materialien eingesetzt, die nicht den besonderen Anforderungen entsprechen.

Beim Einsatz nicht geeigneter Dämmstoffe reduziert sich nicht nur der Anlagenertrag durch erhöhte Energieverluste, langfristig verlieren diese ihre Dämmeigenschaften und müssen ersetzt werden. Daher sollten nur Produkte eingesetzt werden, die den erhöhten technischen Anforderungen genügen und sicher und einfach angewendet werden können. Die Anforderungen an Solardämmstoffe werden im Folgenden beschrieben.

Wärmeleitfähigkeit

Je geringer die Wärmeleitfähigkeit (-Wert) ist, desto besser ist die Wärmedämmung. Die Wärmeleitfähigkeit üblicher Dämmstoffe liegt zwischen 0,030 und 0,050 W/(m·K). Da sie sich in der Regel mit zunehmender Stofftemperatur erhöht, wird sie in Kombination mit der Mitteltemperatur angegeben. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit auch in starkem Maße vom Materialfeuchtegehalt beeinflusst wird. Ein hoher Feuchtigkeitsgehalt führt zu einer deutlichen Verschlechterung der Dämmeigenschaften des Materials.

Feuchtigkeitsaufnahme

Da Rohrleitungen von Solaranlagen teilweise im Freien liegen, spielt die Feuchtigkeitsaufnahme des Dämmstoffs eine entscheidende Rolle. Liegt die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Materialien im trockenen Zustand noch sehr nahe beieinander, kann sie mit zunehmender Durchfeuchtung des Dämmstoffes drastisch ansteigen.

Offenzellige Materialien neigen zu einer mehr oder weniger starken Feuchtigkeitsaufnahme. Bei einer Durchfeuchtung von 10 % ist die Wärmeleitfähigkeit einer Mineralfaserdämmung schon um das 2,5-Fache gestiegen und die Dämmwirkung bereits erheblich gemindert. Verursacht wird die Feuchteaufnahme durch auf der Innenseite der Ummantelung kondensierende Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft.

Flexible Elastomerdämmstoffe (FEF) und Polyethylen haben eine geschlossenzellige Struktur und sind nicht hygroskopisch, d. h. sie nehmen so gut wie keine Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Bei diesen Dämmstoffen bleibt die Wärmeleitfähigkeit und damit die Dämmwirkung auf Dauer konstant.

Witterungsbeständigkeit

Dämmstoffe im Außenbereich müssen witterungsbeständig sein. Dazu muss die Wirkung von Sonnenstrahlung, Wärme, Feuchte und anderen klimatischen Beanspruchungen auf die Kunststoffeigenschaften bestimmt werden. Dies wird in der Regel mit zeitraffenden künstlichen Bewitterungsprüfungen ermittelt, die besondere künstliche Lichtquellen verwenden.

Temperaturbeständigkeit

Da die Mediumtemperaturen von Solaranlagen in Spitzenzeiten deutlich über denen von Heizungs- oder Warmwasserleitungen liegen, sind viele Dämmstoffe nicht für diesen Einsatzbereich geeignet. Die Anwendungsgrenztemperatur von Mineralwolldämmstoffen liegt deutlich über + 200 °C; Dämmstoffe aus Polyethylen (PEF) können bis maximal 100 °C eingesetzt werden. Bei höheren Temperaturen beginnen sie zu schmelzen und sind deshalb für Solaranlagen nicht geeignet.

Die obere Anwendungsgrenztemperatur von Dämmstoffen auf Basis von synthetischem NBR-Kautschuk (z. B. SH/Armaflex) liegt bei + 110 °C. Diese Dämmstoffe schmelzen bei höheren Anwendungstemperaturen zwar nicht, können aber unter ungünstigen Umständen komplett verhärten, was sich nachteilig auf die technischen Eigenschaften, wie z. B. die Wärmeleitfähigkeit, auswirken kann. Vor allem aber leidet die mechanische Beständigkeit des Materials. Dämmstoffe, deren Basis ein EPDM- oder Acrylat-Kautschuk ist, können dagegen auch bei deutlich höheren Temperaturen eingesetzt werden. Hier liegt die Daueranwendungstemperatur bei etwa + 150 °C.

Aber Vorsicht: Nicht jede dieser Kautschukarten kann die hohen Temperaturen tatsächlich verkraften. Erst durch eine Feinabstimmung der Materialzusammensetzung können diese Temperaturgrenzen erreicht werden. Nach der DIN EN 14707 kann die obere Anwendungsgrenztemperatur bestimmt werden. Die Normen DIN EN 14706 (Platten und Rollen) und DIN EN 14707 (Schläuche) sind Bestandteil der europäischen Produktstandards aller gängigen Dämmstoffe. Die obere Anwendungsgrenztemperatur sollte sich daher in der Leistungserklärung (DoP – Declaration of Performance) für das Produkt wiederfinden.

Brandverhalten

Wie bei allen Baustoffen kommt dem Brandverhalten auch bei Dämmstoffen für Solarleitungen eine wesentliche Bedeutung zu. Gemäß den jeweiligen Landesbauordnungen dürfen leicht entflammbare Baustoffe nicht verwendet werden. Die Verwendung brennbarer Baustoffe die mindestens „normalentflammbar“ (Euroklasse D_L-s1,d0 bis E) erfüllen müssen ist für Gebäude bis zu einer Höhe von maximal 22 m im Allgemeinen zulässig. Der Nachweis erfolgt nach DIN EN 13501 „Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten“ und ist zwingend in der Leistungserklärung aufzuführen.

Korrosionsschutz

Kupfer- und Edelstahlleitungen sind vor Korrosion zu schützen. In Deutschland beispielsweise müssen Dämmstoffe für Kupferwerkstoffe gemäß DIN 1988-200 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen“ nitritfrei sein und dürfen einen Massenanteil an Ammoniak von nicht mehr als 0,2 % enthalten. Die Verfahren zur Messung von Nitrit und Ammoniak sind in den Produktnormen nicht festgeschrieben.

Dämmstoffe für Rohre aus nichtrostenden Stählen dürfen einen Massenanteil an wasserlöslichen Chlorid-Ionen von 0,05 % nicht überschreiten. Die Bestimmung der wasserlöslichen Chloride erfolgt gemäß DIN EN 13468 „Wärmedämmstoffe für die Haustechnik“. Die Einhaltung dieser Anforderungen sollte in einem Prüfzeugnis bzw. in der Leistungserklärung dokumentiert sein.

Verarbeitungsfreundlichkeit

Gute physikalisch-technische Werte sind ein entscheidendes Kriterium bei der Beurteilung eines Dämmstoffs, verarbeitungstechnische Gesichtspunkte dürfen aber nicht vernachlässigt werden. Die Dämmung muss sich auch unter schwierigen Baustellenbedingungen so ausführen lassen, dass die gesamte Konstruktion keine Schwachstellen aufweist. Neben guten technischen Werten (geringe Wärmeleitfähigkeit gepaart mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme) zeichnen sich elastomere Dämmstoffe als besonders anwenderfreundlich aus, weil sie flexibel sind und sich gut verkleben und verarbeiten lassen.

Mit HT/Armaflex bietet Armacell einen Dämmstoff, der für Anwendungsgrenztemperaturen bis zu + 150 °C Dauerbelastung geeignet ist. Das Material ist UV-beständig und somit ohne Zusatzanstrich auch für Außeninstallationen geeignet. Bei hohen mechanischen Belastungen empfiehlt der Hersteller, eine zusätzliche Ummantelung (z. B. in Form eines Blechmantels wie Okabell) zu installieren.

Vorisolierte Rohrsysteme

Stand der Technik sind heute speziell für Solaranlagen entwickelte vorisolierte Rohrleitungssysteme. Verarbeiter sollten allerdings prüfen, ob der eingesetzte Dämmstoff die zuvor genannten Eigenschaften besitzt, ob das System den Mindestanforderungen der Baustoffklasse entspricht und ob das Produkt als System geprüft wurde.

Bei den verschiedenen Ausführungen werden unterschiedliche Materialien zusammengebracht. Gegenüber dem Ursprungsmaterial ergeben sich daher hinsichtlich des Brandverhaltens neue Eigenschaften. Die Mindestanforderungen an den baulichen Brandschutz, d. h. Baustoffklasse „normalentflammbar“ (Euroklasse D_L-s1,d0 bis E), müssen erfüllt sein.

Doppelrohrsysteme für einfache Montage

Vorisolierte Rohrleitungen werden als Doppelrohrsysteme aus Kupfer oder Edelstahl angeboten. Leitungen aus dem traditionellen Werkstoff Kupfer sind sehr kompakt, wodurch der Montageplatzbedarf und die Oberfläche gering sind. Das nahtlos gezogene Kupferrohr ist weichgeglüht, damit es problemlos auf- und abgewickelt und in Form gebogen werden kann.

Bei der Verwendung von Edelstahlrohren werden stumpf geschweißte, dünnwandige Glattrohre mechanisch mit radialen Wellen versehen. Durch die Vielzahl der Wellen erhalten die Rohre eine hohe Flexibilität. Sie sind ebenso druck- und temperaturbeständig wie Kupferrohre, bieten aber in der Verlegung aufgrund der höheren Flexibilität gewisse Vorteile.

Durch die meist ringförmige Wellung ist ein Abknicken praktisch unmöglich, wodurch Querschnittsverengungen ausgeschlossen werden können. Alle Verbindungen werden geschraubt oder gesteckt, sodass mit einfachen Werkzeugen eine Verbindung zwischen Kollektor und Übergabestation hergestellt werden kann.

Vorisolierte Rohrleitungen lassen sich auch bei beengten Raumverhältnissen gut verarbeiten. Ob in Lüftungsschächten, Nebenzügen des Kamins, ungenutzten Regenfallleitungen, Kunststoff-Abflussrohren oder nachträglich verlegten Kanälen im Innen- oder Außenbereich des Hauses – die platzsparenden, vorisolierten Leitungen können verhältnismäßig einfach vom Dach in den Heizraum verlegt werden.

Leitungen mit Join-Split-System

Einen Verarbeitungsvorteil besitzen Zwillingsleitungen wie die Armaflex-Duosolar-Produkte von Armacell. Anders als bei herkömmlichen Zwei-in-eins-Solarleitungen laufen die Kupfer- bzw. Edelstahlwellrohrleitungen hier nicht in einem gemeinsamen, sondern in zwei getrennten Schläuchen. Die vorgedämmten Vor- und Rücklaufleitungen sind durch eine patentierte Verbindungstechnik (Join-Split-System) aneinander gekoppelt. So können die beiden Rohrleitungen gemeinsam verlegt und zum Anschluss an den Kollektor und den Wärmespeicher ohne Einsatz von Werkzeugen getrennt und wieder zusammengefügt werden.

Zur schnellen Installation der Doppelrohrsysteme bietet der Hersteller auch speziell auf die Produkte abgestimmte Schnellkupplungen. Diese erlaubten Kosteneinsparungen bei der Montage und seien zudem sicherer als herkömmliche Fittings. Weiterhin gibt es auch Lösungen für die hohen Betriebstemperaturen von Vakuumröhrenkollektoren. War der Einsatz vorgedämmter Solarleitungen vorher auf Anwendungstemperaturen von maximal + 150 °C begrenzt, kann das Doppelrohrsystem Duosolar 220 im Temperaturbereich von - 50 bis + 220 °C eingesetzt werden.

Künftig 100 % Wandstärke

Während die Energieeinsparverordnung (EnEV) nicht explizit Anforderungen an die Dämmung von Solarleitungen nennt und Spielraum für Interpretationen lässt, wird das Gebäudeenergiegesetz (GEG) diese Gesetzeslücke schließen. Laut Referentenentwurf zum GEG dürfen Wärmeverteilungsleitungen einen Wert von 0,25 W/(m·K) im Mittel nicht überschreiten.

Das heißt, Solarleitungen müssen mit einer Wandstärke von 100 % nach EnEV gedämmt werden. Bei einer Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs von 0,042 W/(m·K) müssten Rohre mit einem Durchmesser von DN 16 also mit einem 29-mm-Schlauch isoliert werden. Herkömmliche Produkte erfüllen jedoch allenfalls die Anforderung von 50 % nach EnEV.

Nach Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode durch das Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München (FIW) hat Armacell nun vorisolierte Zwillingsleitungen entwickelt, die nicht nur eine hohe Energieeinsparung bieten, sondern auch sehr platzeffizient sind. Das Produkt Armaflex Duosolar e-Save benötigt bei gleicher Energieeffizienz bis zu weniger als die Hälfte des Raums von einzeln verlegten Solarleitungen. Damit bietet der Hersteller schon heute eine Lösung für die Anforderungen des zukünftigen GEG.

Zusammenfassung

Leider werden für thermische Solaranlagen immer noch Dämmstoffe eingesetzt, die die besonderen Anforderungen für diese Anwendung nicht erfüllen. Nur wenige Materialien weisen befriedigende oder gute technische Eigenschaften auf. Vorisolierte Rohrleitungen sind aus Gründen der Zeitersparnis auf der Baustelle, der Verlegefreundlichkeit, der Flexibilität und der problemlosen Verbindungstechnik der konventionellen Dämmung überlegen. Sie werden als vorisolierte Doppelrohrsysteme aus Kupfer und Edelstahl angeboten.

Im Markt für thermische Solaranlagen engagieren sich Hersteller aus den Bereichen Dach, Wohndachfenster, Fassadensysteme und Elektrowärme. Eine Aufteilung der einzelnen Montageschritte auf einzelne, klassische Gewerke ist nicht sinnvoll. Vielmehr sollte die Montage so einfach sein, dass jeder Handwerker damit umgehen kann, egal aus welchem Gewerk er kommt. Wird das Rohrleitungspaket als fester Bestandteil der Solaranlage betrachtet, so kann auch der fachfremde Handwerker Produkthaftung und Gewährleistung vom Hersteller einfordern. Dies ist im Sinne von sicheren und montagefreundlichen Produkten zu begrüßen.

Anforderungen auf einen Blick

Zur Dämmung von Solarleitungen werden immer noch Materialien eingesetzt, die nicht den besonderen Anforderungen entsprechen. In der Folge können sie langfristig komplett ihre Dämmeigenschaften verlieren. Daher müssen Dämmstoffe für Solaranlagen

• eine niedrige Wärmleitfähigkeit besitzen,
• durch eine geschlossenzellige Struktur vor Feuchteaufnahme geschützt sein,
• witterungs- und temperaturbeständig sein (obere Anwendungsgrenztemperatur bei der Installation von Flachkollektoren: mind. 150 °C und bei Vakuumröhrenkollektoren: mind. 220 °C),
• mindestens normalentflammbar sein,
• auch in engen Montagesituationen verarbeitungsfreundlich sein,
• eine Wandstärke von 100 % nach EnEV aufweisen, um die Anforderungen des zukünftigen Gebäudeenergiegesetzes (GEG) zu erfüllen.

Dipl.-Ing. Michaela Störkmann ist Technical Manager bei Armacell, 48153 Münster, www.armacell.com