Kälteleitungen richtig befestigen
Rohrschellen, Festpunkte und Gleitelemente für die Rohrbefestigung
Bei der Installation von Kälteleitungen sind die Anforderungen an die Befestigungstechnik hoch – muss die Rohrbefestigung doch schwere Lasten sicher tragen und zugleich zuverlässig dämmen. Um zu verhindern, dass die Konstruktion durch thermisch bedingte Rohrbewegungen Schaden nimmt, kommt es zudem auf den richtigen Einsatz von Festpunkten und Gleitelementen an. Der Beitrag erläutert, worauf bei Produktauswahl, Planung und Montage zu achten ist.
Eine fachgerechte Dämmung kaltgehender Rohrleitungen spielt beim Betrieb von Kälteanlagen und Kühlsystemen eine entscheidende Rolle. Aufgabe der Kältedämmung ist es, das Medium vor Erwärmung zu schützen und Energieverluste weitestgehend zu vermeiden. Effizienzbestrebungen sind nicht nur geboten, um Kosten zu sparen und den wirtschaftlichen Betrieb der Anlage zu ermöglichen, sondern auch aus Gründen des Klimaschutzes. Weitere Aufgabe der Rohrdämmung ist es, die Bildung von Tauwasser und Schäden an der Anlage durch Korrosion zu verhindern. Jeder Kälte- und Klimaprofi weiß das und berücksichtigt bei der Rohrisolierung die entsprechenden Normen und Richtlinien, etwa die AGI-Arbeitsblätter Q 03, Q 05 und Q 152 der Arbeitsgemeinschaft Industriebau e.V. oder die DIN 4140.
Auch die Rohrbefestigung muss den Anforderungen an eine professionelle Kältedämmung genügen und darf nicht zur Schwachstelle des Systems werden. Planer und Verarbeiter sollten daher bei der Auswahl der Befestigungstechnik einige Qualitätsmerkmale beachten.
Gut bei Dämmeigenschaft und Tragekraft
Die Rohrhalterung muss die anfallenden Lasten sicher aufnehmen und zugleich Wärmebrücken so gut wie möglich ausschließen – kommt es im Bereich der Halterung im Vergleich zum ungestörten Dämmsystem zu einer örtlich begrenzten höheren Wärmestromdichte, besteht die Gefahr der Tauwasser- oder sogar Eisbildung.
Die beiden Anforderungen stellen einen gewissen Widerspruch dar: Einerseits ist ein Rohrträger umso tragfähiger, je höher die Dichte des verwendeten Dämmstoffes ist. Andererseits hat der Dämmstoff umso bessere Dämmeigenschaften, je niedriger seine Dichte ist. Hochwertige Spezialrohrschellen für kaltgehende Leitungen zeichnen sich daher durch eine optimale Kombination aus guten Dämmeigenschaften und hoher Tragekraft aus und erlauben es so, die von den Rohrherstellern vorgegebenen maximalen Befestigungsabstände bis zur Grenze auszureizen.
Die Arbeitsgemeinschaft Industriebau empfiehlt im Arbeitsblatt Q03, die gemessene Druckbelastung (Nenndruckfestigkeit) für Dämmstoff-Rohrträger oder Auflager auf 20 % zu reduzieren. Dies berücksichtigt die Dauerbelastung der Dämmstoffe und soll ein eventuelles Eindrücken und damit ein Setzen der Anlage verhindern. Qualitätshersteller wie MEFA berücksichtigen diese Empfehlung bei den in den technischen Unterlagen angegebenen Tragwerten ihrer Kälteschellen.
Hochwertige Werkstoffe
Als Isoliermaterial gut geeignet ist geschlossenporiger Polyurethan (PUR-/PIR-)Hartschaum, der eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, druckfest sowie wasserabweisend ist. Wichtig ist, dass das PU-Dämmmaterial von guter Qualität ist, den Kriterien der DIN EN 13165 entspricht und, um auch höheren Umweltschutzanforderungen zu genügen, halogenfrei ist. Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit des Isolierkerns, desto geringer kann die Dämmstärke gewählt werden. Qualitätshersteller verwenden für ihre Isolierschalen Werkstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,03 W/mK.
Jede Kälteschelle muss mit einer Dampfsperre ausgerüstet sein, die die Feuchtigkeitswanderung durch den Dämmstoff und somit dessen Durchfeuchtung verhindert. Qualitätsmerkmal ist ein hoher Dampfdiffusionswiderstand des Gesamtsystems (Wasserdampfwiderstandszahl μ ≥ 7000), der eine Systemübereinstimmung mit den Rohrdämmstoffen der führenden Isolierungshersteller sicherstellt.
Um Wärmebrücken zuverlässig auszuschließen, ist es von Vorteil, wenn die Kälterohrschelle so konzipiert ist, dass die Isolierschale an keiner Stelle unterbrochen wird. So befinden sich beispielsweise bei den MEFA-Produkten die Rohrschellen außerhalb der PU-Isolierschale, sodass diese im Bereich des Anschlussgewindes nicht durchbrochen wird.
Systemfremde Produkte – ein Problem?
Kälterohrschellen müssen sich diffusionsdicht und wärmebrückenfrei an die umgebende Rohrisolierung anschließen lassen. Die führenden Anbieter im Bereich der technischen Isolierung haben eigene Rohrträger im Programm und betonen gerne den Systemgedanken bzw. verweisen auf einen vermeintlich höheren Aufwand für Verarbeiter bei der Verwendung systemfremder Rohrschellen.
Qualitäts-Kälteschellen auf PU-Basis, die über eine Kaschierung aus synthetischem Kautschuk an den Stirnseiten der Dämmschalen verfügen, lassen sich jedoch ebenfalls problemlos mit den marktüblichen Isolierschläuchen aus Kautschuk verkleben und bilden mit diesen eine dampfdiffusionsdichte Einheit. Entscheidend ist, dass an den Anschlussstellen keine Fugen entstehen und auch an eventuell überstehenden Kälteschellen stirnseitig kein Feuchteeintrag möglich ist.
Montagefreundliches Dämmpolster
Kälteschellen früherer Generationen stellten den Monteur oft vor die Alternative, entweder sauber zu schließen, dabei aber keine Klemmwirkung am Rohr zu entfalten, oder aber an der Leitung anzuklemmen, aber im Gegenzug nicht perfekt zu schließen.
Moderne Qualitätskälteschellen verfügen demgegenüber über ein Dämmpolster, das die Arbeit des Installateurs deutlich vereinfacht. Die Rohrschelle umschließt die Leitung fest, Toleranzen beim Rohrdurchmesser lassen sich mittels des Polsters problemlos ausgleichen, zudem muss die Isolierschale nicht mehr mit dem Rohr verklebt werden. Auch das Verkleben der beiden Halbschalen beim Schließen der Schelle entfällt, wenn die Verbindungsflächen der Halbschalen mit einem synthetischen Kautschukpolster an den Stoßstellen abgedichtet werden.
Praktisch sind Produkte, bei denen Schelle und Dämmschale fest verbunden sind und als Montageeinheit geliefert werden – der Verarbeiter hat auf einen Griff alles zur Hand, kein Teil kann verlorengehen.
Für Bereiche mit erhöhtem Brandschutz
Für Bereiche mit speziellen Brandschutzanforderungen gibt es Sondervarianten mit Foamglas-Isolierschale. Nach EN 13501-1 entspricht das nicht-brennbare Dämmmaterial der Euroklasse A1 (ehemals Baustoffklasse A1).
Damit die Rohrschelle insgesamt größtmögliche Sicherheit im Brandfall bietet, darf das Augenmerk jedoch nicht nur auf der Isolierung liegen, sondern muss auch die Stahlschelle im Blick sein. Sie sollte das RAL-Gütezeichen „Brandgeprüfte Rohrbefestigung“ tragen und die strengen Kriterien der RAL-Gütegemeinschaft Rohrbefestigung erfüllen. Planern und Verarbeitern, die bei den brandschutztechnischen Eigenschaften der Rohrträger auf Nummer sicher gehen möchten, sei daher empfohlen, auf Produkte von Befestigungstechnik-Herstellern zu setzen, die ihre Schellen nach den Vorgaben der RAL Gütegemeinschaft prüfen lassen und bei denen das „Gesamtpaket Kälteschelle“ stimmt.
Rohrbewegungen berücksichtigen
Erwärmt sich eine Rohrleitung, dehnt sie sich in Längsrichtung aus, kühlt sie ab, zieht sie sich zusammen. Die Längenänderung ΔL wird mit dieser Formel berechnet: ΔL = L x ΔT x α [mm]
ΔL = Längenänderung [mm]
L = Länge der Rohrleitung [m]
ΔT = Temperaturdifferenz [K]
α = Ausdehnungskoeffizient [mm/(m x K)]
Der thermische Ausdehnungskoeffizient α ist werkstoffabhängig. Er gibt an, um wie viel sich die Länge eines 1 m langen Körpers bei einer Temperaturänderung von 1 Kelvin (K) ändert. Die Längenänderung ist bei Kunststoffen sehr viel größer als bei Metallen. Der Ausdehnungskoeffizient von Stahl beispielsweise beträgt 0,012, der von Polyethylen (PE) 0,20.
Ein Beispiel zur Veranschaulichung: Eine Kälteleitung aus Stahl mit 50 m Länge wird bei 15 °C installiert. Die Betriebstemperatur dieser Leitung beträgt 6 °C. Das Stahlrohr wird also bei Inbetriebnahme 5,4 mm kürzer. Wäre die Rohrleitung nicht aus Stahl, sondern aus PE, würde sie um 90 mm schrumpfen.
Wenn sich Leitungen unkontrolliert ausdehnen bzw. zusammenziehen, kann der Schaden beträchtlich sein: Rohrhalterungen werden beschädigt oder reißen ab, Armaturen und angeschlossene Anlagen werden in Mitleidenschaft gezogen.
Um dies zu vermeiden, muss der Leitung eine gewisse Bewegungsfreiheit gelassen werden, indem Dehnungsausgleicher eingeplant werden. Bei längeren Leitungsabschnitten, größeren Rohrdurchmessern und bei großen Temperaturdifferenzen müssen Gleitelemente eingebaut werden, und je nach Installationsfall Dehnungsbögen oder Kompensatoren.
Gleitelemente und Kompensatoren
Auf Befestigungstechnik spezialisierte Hersteller wie MEFA statten speziell für den Kältetechnik-Bereich Gleitlager oder Gleitschlitten mit Kälteisolierschalen aus. Die Wahl der passenden Gleitelemente richtet sich dann nach der maximalen Längenänderung der Leitung. In der Praxis sollten die Produkte immer etwas größer gewählt werden, da sie oft in Mittelstellung eingebaut werden und dann bei Betriebstemperatur nicht mehr der gesamte Schiebeweg zur Verfügung steht.
Zu berücksichtigen ist auch das Eigengewicht der Rohrleitung und der sich daraus ergebende Haftreibungswiderstand. Er muss bei Inbetriebnahme der Rohrleitung überwunden werden und erzeugt bei Rohrbewegungen eine zusätzliche axiale Kraft auf die Haltekonstruktion, so dass unter Umständen zusätzliche Längsaussteifungen der Konstruktion notwendig werden.
Kompensatoren kommen immer dann zum Einsatz, wenn für Dehnungsbögen nicht genügend Platz vorhanden ist. Sie bestehen im Kern aus einem flexiblen Element, das die Längenänderung des Rohres aufnehmen kann und dadurch verhindert, dass sich das Rohr zwischen zwei Festpunkten verformt. Vor und nach dem Kompensator sind Führungslager vorzusehen, um ein Ausknicken der Rohrleitung im Bereich des Kompensators zu vermeiden. Außerdem sind ausreichend dimensionierte Festpunkte an den Enden der kompensierten Leitungsabschnitte einzuplanen. Sie müssen die axialen Druckkräfte und die Verstellkraft des Kompensators aufnehmen.
Ohne Festpunkte geht es nicht
In den meisten Fällen gilt: keine gleitende Konstruktion ohne Festpunkte. Der Rohrleitung muss die Richtung vorgegeben werden, in die sie sich ausdehnen soll. Ein Fest- oder Fixpunkt fixiert die Leitung an einem Punkt und sorgt auf diese Weise für eine definierte Ausdehnung.
Festpunkte können auch gesetzt werden, um gerade Strecken in kürzere Teilabschnitte zu unterteilen und so für eine Dehnungsbegrenzung zu sorgen.
Bei Steigleitungen haben Festpunkte die Aufgabe, das Eigengewicht der Rohrleitung aufzunehmen. Rohrschellen übernehmen in diesem Fall nur eine Führungsfunktion. Eine weitere Funktion von Festpunkten ist es, Schwingungen bzw. Vibrationen der Leitung zu minimieren und Druckschläge auszugleichen.
Spezialprodukt für Kälteleitungen
Werden Festpunkte für kaltgehende Leitungen eingesetzt, benötigen sie zudem isolierende Eigenschaften. Speziell für die Montage von Kälteleitungen aus Stahl hat MEFA daher einen Kältefestpunkt im Programm. Er ist mit einer druckfesten PU-Schale ausgestattet und verbindet eine sehr gute Wärmedämmung mit einer hohen Lastaufnahme (bis ca. 20 kN). In Kombination mit der passenden Festpunkthalterung leitet er Reaktionskräfte am Rohr sicher in den Bauuntergrund ein.
Die Festpunkthalterung ist höhenverstellbar und sorgt dafür, dass der Festpunkt sich leicht den unterschiedlichen baulichen Gegebenheiten anpassen lässt. Montagefreundlich sind auch die variablen Befestigungsmöglichkeiten: Der Kältefestpunkt kann auch auf Schienenkonstruktionen befestigt oder an Stahlträger angebracht werden.
Festpunkte richtig planen
Für die Planung von Festpunkten müssen der genaue Verlauf der Rohrleitung sowie die baulichen Gegebenheiten beachtet werden. Wo sind Wände, wo könnte es zu Kollisionen kommen, wenn sich die Rohrleitung bewegt? Ist vor einer Brandwand ein Festpunkt erforderlich? Jede Installation erfordert eine individuelle Planung, dennoch sind ganz allgemein einige Grundregeln zu berücksichtigen.
Für eine optimale Krafteinleitung in das Bauwerk ist es sinnvoll, Festpunkte möglichst nah an den Befestigungsuntergrund zu setzen.
Bei größeren Ausdehnungen können in der Mitte der Rohrleitung gesetzte Festpunkte die Rohrausdehnung halbieren.
Auf einer geraden Strecke dürfen ohne zwischengeschalteten Dehnungsbogen oder Kompensator keine zwei Festpunkte gesetzt werden.
Bei stehenden Leitungen sollte der Festpunkt möglichst weit unten angebracht werden, um das komplette Eigengewicht abzufangen. Oft sind dann massive Verankerungen in der Bausubstanz erforderlich.
Um die auftretenden Kräfte zu berechnen und die richtigen Festpunkte auszuwählen, muss neben dem Leitungsverlauf und dem Rohrdurchmesser auch die maximale Längenausdehnung in Betracht gezogen werden, die aus den oben genannten Größen berechnet wird: Länge des längsten Streckenabschnitts, Material des Rohres sowie Minimal- und Maximaltemperatur bzw. Temperaturdifferenz.
Bei Steigleitungen ist zudem das Eigengewicht des Rohres zu berücksichtigen.
Wird ein Kompensator eingesetzt, ist zu beachten, dass dadurch zusätzliche Kräfte auf den Festpunkt zurückwirken; die Angaben des Kompensatorherstellers hierzu müssen beachtet werden.
Grundsätzlich ist es bei Großkältetechnik-Projekten empfehlenswert, den Hersteller in die Planung einzubeziehen. Auf Befestigungstechnik für den SHK-Bereich spezialisierte Anbieter wie MEFA übernehmen auf Kundenwunsch die komplette Planung der Installation.
Fazit
Für eine sichere und zuverlässige Befestigung von Kälteleitungen, die zugleich Energieverluste und Tauwasserbildung im Bereich der Rohrhalterung wirkungsvoll verhindert, sollten Planer und Verarbeiter auf Qualitätsprodukte setzen. Hersteller von Befestigungstechnik haben Spezial-Rohrschellen, -Festpunkte und -Gleitelemente im Programm, die für den Einsatz in der Kältetechnik optimiert und aufeinander abgestimmt sind und auch den Aspekt des Brandschutzes berücksichtigen. Zugleich bieten die Anwendungstechnik-Abteilungen der Hersteller ihren Kunden aus dem Kälte- und Klimabau einen umfassenden Planungsservice.
