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06.06.2014Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München | Lochhamer Schlag 4 | 82166 Gräfelfing
Eigenschaften von technischen Dämmungen im Tieftemperaturbereich
Das FIW München als Kompetenzzentrum
Dipl. Ing. Roland Schreiner
06.06.2014Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V. München | Lochhamer Schlag 4 | 82166 Gräfelfing
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Übersicht
1. Definition der Tiefkälte
2. Anwendungsbereiche aus der Tiefkälte
3. Anforderungen an Tiefkälte - Dämmsysteme
4. Dämmstoffe
5. Prüfung von Dämmstoffen
6. Prüfung von Dämmsystemen
7. Berechnung und Auslegung von Dämmsystemen
8. Fazit
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1. Definition der Tiefkälte
Raumtemperatur 20 °C
Klimatechnik 10 °CKaltwasser 6 °C
Kältetechnik -20 °C
Tiefkälte < -30 °C
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2. Anwendungsbereiche
Shell
Flüssigerdgas (LNG) -164 °C Flüssiggase, Propan - 42 °CTechnische Gase N2 = -196 °C
Tanks , Rohrleitungen und Schiffe
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3. Anforderungen an Tiefkälte-Dämmsysteme
n Keine Feuchtigkeit auf Oberflächen, im Dämmstoff undam Objekt
n Toleranz gegen Wechseltemperaturen
n Kompensation von Längenausdehnungen
n Keine Alterung
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n Geschlossenzellige Dämmstoffe
n Flexibler Elastomerschaumstoff gemäß EN 14304
n Schaumglas gemäß EN 14305
n Polyurethane gemäß EN 14308
n Phenolharzschaum gemäß EN 14314
4. Dämmstoffe
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n Untere Anwendungsgrenztemperatur
n Druckfestigkeit im Tiefkältebereich
n Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit (im Anwendungsbereich) mit Kenntnis der Zellgaszusammensetzung
n Wasserdampfdiffusion und Geschlossenzelligkeit
5. Prüfung von Dämmstoffen
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5. Untere Anwendungsgrenztemperatur
n
(PU)
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n Mittlerer Kontraktionskoeffizient zwischen23 °C und ca. –190 °C
n Automatische Messapparatur fürDämmstoffe
n f-Faktor für PU
5. Untere Anwendungsgrenztemperatur
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n Zugfestigkeit bei einer Temperatur von ca. -170 °C
n Elastizitätsmodul
n f-Faktor für PU
5. Untere Anwendungsgrenztemperatur
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n Druckfestigkeit und Zugfestigkeit
n bis zu einer Temperatur von -170 °C
5. Mechanische Eigenschaften
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n Genormtes Zweiplattenverfahren
n Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit bis -180 °C
5. Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit
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5. Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
-200 -150 -100 -50 0 50 100
Wär
mel
eitf
ähig
keit
in W
/(m
·K)
Temperatur in °C
Zertifizierter Bereich-10 °C bis 50 °C
optionalererweiteter Temperaturbereich
-170 °C bis -10 °C
Referenzmaterial IRMM 440mit erweiterter Messunsicherheit bei95% Vertrauensniveau
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n Zellgaszusammensetzung mit Gaschromatograph
n Zellgasaustausch, Alterung
n Beurteilung von Wärmeleitfähigkeitswerten
n Zellgaskondensation bei tiefen Temperaturen
5. Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit
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Siedepunkte:n-Pentan +36 °Ci-Pentan +28 °Cc-Pentan +49 °CKohlendioxid -76 °C
Parameter: ZelldruckTemperaturAnteil des ZellgasesZellgasOrtTemp.-Differenz
5. Temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit
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5. Wasserdampfdiffusionn Dämmstoffe und Beschichtungen als Dampfbremsenn µ-Wertn MW Mineralwolle: 1n FEF Flexibler Elastomerschaum: 1000 - 10 000n PU Polyurethanhartschaumstoff: 30 - 100n PEF Polyethylenschaumstoff: 1000 - 7000n EPS expandiertes Polystyrol: 20 - 100n XPS extrudiertes Polystyrol: 80 – 250n CG Schaumglas: > 30 000 praktisch dampfdichtn Ein sd-Wert ( µ-Wert ·Schichtdicke) von > 1500 m
wird als praktisch wasserdampfdicht bezeichnet
n Wichtige Materialeigenschaft für Berechnung desFeuchtetransportes (Ziel: auch temperaturabhängig)
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n Geschlossenzelligkeit gemäß DIN ISO 4590
n Volumenexpansionsmethode
n Schutz gegen Durchfeuchten
n Zellgas Containment
n > 90% geschlossene Zellen
5. Geschlossenzelligkeit
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6. Prüfung von Dämmsystemen
n Prüfrohr nach der Hot-Box-Methode
n Mediumtemperatur bis -180 °C
n Feuchte Umgebung möglich
n Dämmstoffe und
n Dämmsysteme
n Spezifischer Wärmeverluste von Komponenten (Flansche,Ventile, Rohrträger)
n Gleichzeitige Langzeitkonditionierung in Klimakammer (Feuchte, Temperatur, Mediumtemperatur)
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n Berechnungen gemäß VDI 2055 “Wärme- und Kälteschutz von betriebstechnischen Anlagen in der Industrie und in der Technischen Gebäudeausrüstung – Berechnungsgrundlagen“n Tauwasser an der Oberflächen Feuchtigkeit im Dämmstoff von bis 20 Jahrenn Kältebrücken (z.B. Rohrträger)
n Schwierigkeiten durch n Verarbeitungn Nicht geklärte Schadensfälle
n Forschungsprojekt (in Planung)n WUFI für betriebstechnische Anlage bis -20 °Cn Kälte-Rohrleitung
7. Berechnung und Auslegung von Dämmsystemen
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n Motivation für Tiefkälte bei Dämmstoffenn CE-Kennzeichnung von technischen Dämmstoffenn Energieeffizienz von betriebstechnischen Anlagenn Politische Rahmenbedingungen der Energieversorgung
n Optimierte Dämmstoffe und Dämmsysteme werden benötigt
n Qualitätsgedämmt in der Tiefkälten RAL-Gütezeichen FEF / PEFn VDI / Keymark freiwilliges Qualitätssicherungssystem für
technische Dämmstoffe und Dämmsysteme
n Kompetenzzentrum „Tiefkälte“ FIW München
Fazit
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