Theoretische Grundlagen wärmedämmender Werkstoffe

Wärmedämmstoffe sind Erzeugnisse für die Feuerfestauskleidung thermischer Industrieanlagen mit dem Ziel der Sen­kung von Wärmeverlusten. Dabei wird die geringe Wärmeleitfähigkeit und Wärme­kapazität der Luft genutzt.
Wärmedämm­stoffe besitzen gewöhnlich eine Gesamt­porosität von mindestens 45 %, in der Praxis meist von 60 bis 90 % und in Extremfällen bis zu 99 %. Hohe Porosität bedingt neben niedriger Wärme­leit­fähig­keit weiterhin verringerte mechanische Festigkeit, hohe Gasdurch­läs­sigkeit und geringen Korrosionswider­stand.

Die Wärmeleitfähigkeit hängt nicht nur von der Gesamtporosität des Werk­­stoffes, sondern auch von der Poren­größe, Poren­form, der Gefügebeschaffen­heit und der mineralogischen Zusammen­setzung ab. Dabei haben die für den Wärmefluss verantwortlichen Größen Fest­körper­lei­tung, Konvektion und Strahlung in Abhän­gig­keit von der Tempe­raturhöhe unter­schied­lichen Einfluss. Maximale Poren­durchmesser von < 1 mm sind notwendig. Mikroporöse Dämmbau­stoffe mit Poren < 0,1 µm haben die niedrigste Wärme­leitfähigkeit.

Die Temperaturwechselbeständigkeit der Leichtbaustoffe hat wesentlichen Einfluss auf die Einsatzbereiche. Erzeugnisse aus Hochtemperaturwolle halten meistens extremen Tempe­raturwechseln stand. Andere Leichtbaustoffe sind gegen Tempera­tur­­wechsel empfindlich.

Zur Porosierung der Wärmedämmstoffe können verschiedenartige Verfahren angewendet werden, z.B. das Ausbrenn-, Schaum-, Bläh- und Gastreibverfahren, die Verwendung verdampfender Flüssig­keiten oder Feststoffe und die Nutzung von Faser­strukturen und natürlicher oder künstlicher Leichtzuschlagstoffe.

Bei Öfen und wärmetechnischen Anlagen mit geringer mechanischer Belastung und ohne Korrosionsbeanspruchung hat die Leichtbauweise mit Wärmedämmstoffen die Schwerbauweise mit dichten, feuer­festen Baustoffen weitgehend verdrängt.

Wärmeleitfähigkeit verschiedener Werkstoffe

Überblick über keramische und mineralische wärmedämmende Werkstoffe