Ganzheitliche Betrachtung von Dämmsystemen in der Technischen Isolierung Erfolgsfaktor Q

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1 Ganzheitliche Betrachtung von Dämmsystemen in der Technischen Isolierung Erfolgsfaktor Q

2 Zunkftsforum - Klimaschutz Energieverbrauch in Deutschland Was tun andere Branchen zum Klimaschutz, welches die Isolierbranche zukünftig betreffen. Erfolgsfaktor Q CO 2 Emissionen Einsparungen schnell bestimmt VDI 4610 Energieeffizient von betriebstechnischen Anlagen nach den Kriterien des Wärme und Kälteschutzes

3 Energieflussbild der Bundesrepublik Deutschland 2007 In des Bundesrepublik Deutschland wurden im Jahr ,5 Mio. t SKE Energie verbraucht! SKE-Steinkohleeinheit 1 kg SKE entspricht die Energiemenge, die beim Verbrennen von 1 kg Steinkohle frei wird. 1 kg SKE = 29,3076 MJ bzw. 8,141 kwh

4 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Wärmekraftwerke sind das Rückgrad unserer Stromversorgung Sie wandeln Wärmeenergie zunächst in mechanische Arbeit und diese dann in Strom um. Ihr Wirkungsgrad liegt typischerweise zwischen 30% - 45% produzierte Strommenge eingesetzte Energiemenge

5 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Weniger als die Hälfte der eingesetzten Energie wird zu Strom umgewandelt. Eine Verbesserung der Wirkungsgrade von Kraftwerken ist daher in Zeiten immer knapper werdender Energiereserven ein existenzielles Ziel. Wie hoch kann der Wirkungsgrad eines Kraftwerkes maximal werden?

6 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Der maximal theoretisch mögliche Wirkungsgrad von Kreisprozessen wird mit dem Carnot Wirkungsgrad beschrieben. Car T T heiss T heiss Abdampf T heiss Dampftemperatur T Abdampf Abdampftempeartur T in [K]

7 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Beispiel: Dampftemperatur:600 C =873 K Abdampftemperatur: 50 C = 323 K Car 873K 323K 873K 63% Eine Erhöhung des Wirkungsgrades ist nur durch eine Erhöhung der Dampftemperaturen möglich

8 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Alle Kraftwerksbetreiber und Anlagenbauer entwickeln zurzeit eine neue Kraftwerksgeneration mit erhöhten Dampfparametern. Die Erhöhung der Dampftemperatur lässt sich nur bei erhöhten Betriebsdrücken erreichen. 600 C/250 bar 700 C/350 bar Noch fehlen die Langzeiterfahrungen mit entsprechenden neuen warmfesten Stählen

9 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Die Technische Isolierungsbranche muss sich auf diese neue Herausforderungen ausrichten Dämmstoffe mit höheren oberen Anwendungsgrenztemperaturen Innovative Dämmkonstruktionen, die ein Optimum bei der Dämmdicke Minimierung der Wärmebrücken Minimierung der Konvektion in der Dämmung vorsehen

10 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Kraftwerksprojekt 50plus Quelle: e-on Herr Gierschner

11 Entwicklungen zum Klimaschutz bei Kraftwerken Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

12 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Bei den Carbon Dioxide Capture Systemen (CCS) unterscheidet man in erste Linie zwischen drei Verfahren IGCC Kombikraftwerken Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung Oxyfuel Verfahren Verbrennung mit reinem Sauerstoff anstatt mit Luft CO 2 -Aminwäsche Nachträgliche CO 2 Wäsche der Rauchgase

13 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

14 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

15 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

16 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

17 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Quelle: RWE Power Herr Dr. Moser

18 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Oxyfuel Verfahren Quelle: Hitachi Herr Dr. Tigges

19 Carbon Dioxide Capture and Storage - CCS Alle CCS Verfahren haben den Nachteil, dass für eine CO2-Abspaltung viel Energie benötigt wird. Dies verringert den Wirkungsgrad um % Langfristig geht man aber davon aus, dass Mehrkosten, die hierdurch entstehen unter den CO2- Emissionszertifikatskosten liegen. Über langfristige Lagerstätten (200 bis 1000 Jahre) liegen noch keine abschließende gesicherte wissenschaftliche Erfahrungen vor.

20 Erfolgsfaktor Q Ganzheitliche Betrachtung der Isoliersysteme gedämmter Anlagen

21 Wärmeverluste an technischen Anlagen Der Gesamtwärmeverlust Q einer technischen Anlage setzt sich aus der Summe der Wärmeverluste aller Anlagenkomponenten Q i zusammen. Q = Q i Q i = (Q WD + Q Dämmt mmt-wb) + Wärmeverluste über die Dämmung ) + Q Anlagen Anlagen-WB Wärmeverluste über dämmtechnisch bedingte Wärmebrücken Wärmeverluste über anlagenbedingte Wärmebrücken

22 Wärmetechnische Begriffsdefinierung Wärmestromdichte q der Dämmung in W/m² oder W/m An einer Platte: i a q s ( f ) Temperaturdifferenz Dämmdicke Faktor zur Ermit. der Betriebswärmeleitf. Nennwert der Wärmeleitfähigkeit Zuschlag für reglm. dämmtechnische WB N

23 Wärmestromdichte der Dämmung in W/m² Wärmestrom der Dämmung in W ) (. L M WD A k A q Q ( ) N a i f s q Wärmetechnische Begriffsdefinierung

24 Wärmestromdichte q der Dämmung in W/m An einem Rohr: Wärmetechnische Begriffsdefinierung ) ( ln 2 1, N i a a i R l f d d q ) (,,. L M R l R l WD l k l q Q Wärmestrom Q der Dämmung in W

25 Wärmetechnische Begriffsdefinierung Wärmeverlust einer Wärmebrücke in W. Q WB k WB A WB ( M L ) Problem: Die Wärmedurchgangskoeffizienten k WB sind im allgemeinen unbekannt! Wärmebrücken werden daher (wenn überhaupt) mit Zuschlagsfaktoren Z* oder äquivalenten Längen l, die mit der Wärmestromdichte q multipliziert werden berücksichtigt.

26 Wärmeverluste an technischen Anlagen Q i = (Q WD + Q Dämmt mmt-wb) + ) + Q Anlagen Anlagen-WB Der Anlagenbetreiber ist an einem möglicht kleinen Gesamtwärmeverlust Q i bzw. einen spezifischen Wärmeverlust Q/A [W/m²] bzw. Q/l [W/m] der Anlagenkomponente bzw. der gesamten Anlage interessiert. Die üblichen Spezifikationen forden aber Wärmestromdichten q (z.b. 150 W/m², bzw W/m) W m 2 W m

27 Wärmeverluste an technischen Anlagen (Q WD + Q Dämmt mmt-wb) + ) + Q Anlagen Anlagen-WB Q/A = in W/m² A (Q WD + Q Dämmt mmt-wb WB ) q = in W/m² A Anlagenbedingte Wärmebrücken werden bei der Wärmestromdichte q nicht berücksichtigt spezifischer Wärmverlust Q/A Wärmestromdichte q Gleiche Einheit aber ungleicher Wert und unterschiedliche Bedeutung

28 Ganzeinheitliches Denken

29 Ganzeinheitliches Denken Wärmestrom Q=q x (l. (1+z*)) in W/m Energieeinsparung in Prozent durch die Dämmung von Armaturen Armatur 5 Armaturen 10 Armaturen Länge der isolierten Rohrleitung in Meter

30 Ganzeinheitliches Denken Technische Möglichkeiten ausschöpfen Anlagenbedingte Wärmebrücken Anteil der Verluste der ungedämmten Armaturen in Prozent bezogen auf die Wärmeverluste der Dämmung Armatur 5 Armaturen 10 Armaturen Bei 50 m gedämmter Rohrleitung verursachen 5 ungedämmte Armaturen etwa 45 % des Wärmeverlustes Länge der isolierten Rohrleitung in Meter

31 Ganzeinheitliches Denken Wirtschaftliche Gesichtspunkte beachten - Kriterien der Energieeinsparung Dämmschichtdicke nach wirtschaftlichen Kriterien des der Energieeinsparung Berührungsschutzes Gesichtspunkten k WV Grafik BASF

32 Ganzeinheitliches Denken Kriterien der Energieeinsparung einbeziehen (Optimierung) Dämmschichtdicke nach den Kriterien wtg des Berührungs -schutzes der Wirtschaft -lichkeit EE der Energieeinsparung Änderung der Kosten für die Dämmung nach Energieeinsparkriterien bezogen auf die Dämmung nach den Kriterien des Berührungsschutzes Dämmschichtdicke in mm x x 50 Dämmkosten 1) 100 % 168 % 206 % % Wärmeverlustkosten 2) 100 % 63 % 55 % - 45 % Gesamtkosten 100 % 84 % 85 % -15 % 1) berechnet mit handelsüblichem Dämmstoff und Ummantelung aus verzinktem Stahlblech 2) berechnet mit einem Wärmepreis von 10 /GJ, einem Kapitaldienstfaktor von 0,25 für eine ganzjährige Nutzung über 10 Jahre für eine Energiepreissteigerung von 5 %/a.

33 Wirtschaftlichkeit - Unter Berücksichtigung Sicherheitstechnischer Aspekte (Optimierung) Wirtschaftliche Dämmschichtdicke Dämmschichtdicke D nach der Forderung + Beitrag des zur Berührungsschutzes Energieeinsparung Energieeinsparung % Stahlblech: Aluminiumblech: s St = 150 mm s Alu Alu = mm Zusätzlich 30 % Energieeinsparung Verarbeitungskostenneutral

34 Ganzeinheitliches Denken am Beispiel einer Rohrleitungsdämmung. Q Q WD Q WB ( M ) L ( 2( f ( k WB 1 A N WB ln ) )) d i l 2s d i d Dämmschichtdicke a 1 ( 4 T Betriebswärmeleitf rmeleitfähigkeit k 3 a Emissionsgrad der Ummantelung Wärmebrücken-Dämmung )

35 Einheitliches Denken Rohrleitung gedämmt nach EnEV (DN 40, Länge 10 m) mit 10 Armaturen. Q : % 0,035 statt 0,040 W/(m K) + 20 % 0,035 statt 0,040 Alu statt Kunststoff auch gedämmt Dämmschichtdicke s Wärmeleitfähigkeit f. N + Emissionskoeffizient ε Armaturen k WB A WB. Q ( M ) ( L 2( f 1 N d ln ) i l 2s d i d a 1 ( 4 T k 3 a ) ( k WB A WB ))

36 Einheitliches Denken Rohrleitung gedämmt nach EnEV (DN 40, Länge 10 m) mit 2 Armaturen Q Q = QwtG -Q EE : % + 20 % 0,035 statt 0,040 W/(m K) Alu statt Kunststoff auch gedämmt Dämmschichtdicke s Wärmeleitfähigkeit f : N + Emissionskoeffizient ε Armaturen k WB A WB. Q ( M ) ( L 2( f 1 N ln ) d i l 2 s d i d a ( k 1 4 T 3 a ) ( k WB A WB ))

37 Umrechnung von Wärmeverluste in CO 2 Emissionen Die Wärmeverluste sind beim Einsatz von fossilen Brennstoffen immer äquivalent zu den CO 2 -Emissionen! Die Einsparung der CO 2 -Emissionen lassen sich leicht berechnen! Hierzu braucht man: Unteren Heizwert H u des eingesetzten Brennstoffes in MJ/kg CO 2 Ausstoßfaktor in [kg CO 2 / kg Brennstoff] Für Heizöl gilt z. B. Hu = 43 MJ/kg CO 2 Ausstoßfaktor = 3,2 [kg CO 2 / kg Brennstoff]

38 Umrechnung von Wärmeverluste in CO 2 Emissionen Ermittlung des eingesparten Brennstoffes: Δ q x A x Betriebsdauer kg Brennstoff = Heizwert 20 W x 1000 m² x 8760 h kg kg Brennstoff = m² kj kg Brennstoff = kg M = Mega = kwh = 3600 kj

39 Umrechnung von Wärmeverluste in CO 2 Emissionen Ermittlung der eingesparter CO 2 Emission: kg CO2 = kg Brennstoff x CO 2 Ausstoßfaktor kg CO2 = kg x 3,2 kg CO2 / kg Brennstoff kg CO2 = kg Bei der bestehenden Anlage werden pro Jahr ca. 47 t CO 2 Emissionen eingespart.

40 Aktivitäten zur Forcierung der Klimaschutzmaßnahmen Richtlinien Ausschuss VDI 4610 Energieeffizienz betriebstechnischer Anlagen unter den Kriterien des Wärme- und Kälteschutzes zur Erarbeitung einer VDI Richtlinie Vom Beirat der VDI GEU am 31. März M 2009 genehmigt Konstituierende Sitzung: 10. September 2009 in Ludwigshafen

41 Aktivitäten zur Forcierung der Klimaschutzmaßnahmen Projektbegleitender Ausschuss Energieeffizienz betriebstechnischer Anlagen gegründet am 20. Januar 2009 zur fachlichen Begleitung eines Forschungsvorhabens Wärmebrückenkatalog Recherche nach Art, Typ und Branche von BTA Typologie der BTA Berechnungsverfahren individuelles Einsparpotential Einpflegen in ein webbasiertes Berechnungstool Empfehlung für f r energetische Sanierung der BTA Hochrechnung auf bundesweites Einsparpotential

42 Zusammenfassung Energieeffizienz von BTA nur im Paket Kompensieren von schwer zu reduzierenden Wärmeverlusten durch wirtschaftlichere (effizientere) Alternativen (Wärmebrücken, Q/l) Ausnutzung der effektivsten Potentiale (Armaturen) Ausnutzung der effizientesten Potentiale (Dämmstoffwahl, keine dämmtechnischen Wärmebrücken) Wirtschaftlich und effizient durch individuelle Betrachtung (abhängig von der Anzahl der Einbauten) Kostenneutrale Effekte ausnutzen (größtmögliche Lagendicke) Kumulierende Effekte nutzen (geringer Emissionsgrad der Ummantelung + höhere Dämmschichtdicken) Gegebenenfalls Vernetzung von Energiesystemen und Abwärmenutzung Konsequente Umsetzung der DIN 4140 und der VDI 2055 (Mangelfreie Dämmung ohne Konvektion, spezifische Größen beachten) Konsequente Umsetzung der EnEV Mut zu Maßnahmen und Innovationen

43 Verbesserung der Dämmqualität Fakten (Raffenerien in der EU): 5-10% sind schlecht oder garnicht gedämmt (US 20 25%) = ca Barrel Öl gehen täglich wegen der mangelhaften Dämmung verloren = 3,5 Mrd /a = 20 Mil Tonnen C0 2 /a = Energie & Emission von 2 Mil. Haushalten Mit einer Investiton von ca. of 500 Mil könnten die Dämmungen saniert werden Pay back time < 2 Monate

44 Konsequent CO-2 einsparen Werden die Dämmungen der europäischen Raffenerien nicht verbessert, müßte ein Wald in der Größe von Dänemark gepflanzt werden, um die CO2 Emissionen zu kompensieren! Denmark

45 Zeit zum Nachdenken Überschlägig verfeuern wir zur Zeit in jedem Jahr so viel von den fossilen Vorräten, wie die Natur in etwa einer Millionen Jahren angelegt hat. Ein wahrhaft schwindelerregendes Verhältnis von Ansparen zu Verbrauch Weil wir die Vorratskammer immer schneller plündern leben wir heute bereits drastisch auf Kosten nachfolgender Generationen Noch gibt die Natur ausreichend Zeit, um Alternativen zum Verbrauch zu entwicklen.

46 Zeit zum Handeln Das ist unsere Verpflichtung, aber auch unser Chance! Lassen Sie uns gemeinsam handeln!