Womit sollte man landwirtschaftliche Gebäude isolieren, um ideale Bedingungen für Tierhaltung oder Pflanzenanbau zu erhalten und gleichzeitig erhebliche Heizkosteneinsparungen zu erreichen?  

Landwirtschaftliche Objekte, die für die landwirtschaftliche Produktion im weiteren Sinne und die Lagerung von Bodenerzeugnissen genutzt werden, ein bleibendes Element moderner Landwirtschaft sind und seit langem ihre Aufgaben erfüllen, greifen dabei auf modernste Wärmedämmungstechnologien zurück.

In diesem Zusammenhang werden Materialien mit den höchsten Wärmedämmungsparametern, die gleichzeitig viele Jahre lang zuverlässig und ohne Änderung der Betriebsparameter, ohne mühsame Wartung oder größere Renovierungen und Reparaturen ihren Dienst tun, immer beliebter.

Zur Gruppe dieser modernen Wärmedämmstoffe gehören isolierende Sandwichplatten mit verschiedenen Füllkernen (Mineralwolle, geschäumtes EPS-Polystyrol oder PUR-Polyurethan-Hartschaum), moderne Hartplatten mit modifiziertem Polyurethan-Kern in langlebigen gasdichten „Furnieren“ (Thermano) oder auch ihre speziellen Varianten aus hartem PIR-Polyisocyanurat, die für den Einsatz in der Landwirtschaft bestimmt sind (Thermano Agro).

Thermano Agro ist eine Lösung, die speziell für landwirtschaftliche Objekte entwickelt wurde.

In Lagerräumen, Tiefkühlräumen und Kühlhäusern sind Sandwichplatten am verbreitetsten, wobei zunehmend Platten mit PUR-Kern eingesetzt werden.

Diese Wahl ergibt sich meist aus dem grundlegenden charakteristischen Nutzungsparameter, der die konkurrierenden Materiallösungen übertrifft. Gemeint sind die Wärmedämmungseigenschaften, die die unter allen auf dem Markt verbreiteten Materialien die besten sind. PUR-/PIR-Schaumstoffe zeichnen sich durch einen der niedrigsten Wärmeleitkoeffizienten unter den Wärmedämmstoffen aus: λPIR/PUR≈0,023 W/(m²·K).

Dies eröffnet die Möglichkeit, relativ geringere Wandstärken (Wände, Dächer, Böden) zu verwenden. Zum Vergleich: Die Durchschnittswerte für marktübliche Materialien in Bezug auf diesen Parameter liegen bei etwa λwm≈ 0,040 für Mineralwolle, für geschäumten Polystyrol λEPS≈ 0.032 W/(m²·K). 

Die IACSC (International Association for Cold Storage Construction) – eine bekannte, weltweit agierende Organisation von Ingenieuren, die an der Planung und am Bau solcher Objekte beteiligt sind – gibt in der Publikation „Design, Construction, Specification and Fire Management…“ elementare Kriterien für eine sachgemäße Auswahl der Dicke der Wärmedämmung vor.

Sie wurde auf Grundlage langjähriger Beobachtungen und gezielter Experimente entwickelt. Im Ergebnis wurde die Mindestdicke der Wärmedämmung des Gebäudes so geschätzt, dass der durch die Trennwand transportierte Wärmestrom 10 W/m2 nicht überschreitet. Die beschriebene Bedingung wird erfüllt durch die einfache Gleichung:

             Φ = (Te - Ti) · U < 10 W/m2

 wobei:

Φ – durch die Trennwand fließender Wärmestrom,
Te – Temperatur an der Außenseite der Trennwand (des Raums),
Ti – Temperatur an der Innenseite der Trennwand (des Raums),
U – Wärmeübergangskoeffizient einer Sandwichplatte mit der Dicke d [m] und dem Wärmeübergangskoeffizienten λ[W/(m²·(K)].

 Oder anders ausgedrückt:

             dmin> (Te - Ti) · λ/10

Wie an den Schätzungen zu sehen ist, kann das geplante Isoliervermögen der Trennwand mithilfe von Platten mit unterschiedlicher Füllung, unter Einhaltung des umgekehrt proportionalen Verhältnisses ihrer Dicke zum Wert des Verhältnisses ihrer Wärmeübergangskoeffizienten realisiert werden, z.B.

             λwm /λPIR/PUR= 0,040 /0,023 = 1.74

Das bedeutet, dass eine energetisch äquivalente Schicht der Trennwand aus Mineralwolle etwa doppelt so dick sein muss (≈ 1,74), wie eine Thermano-Schicht, die die gleiche isolierende Funktion erfüllt.

Das ist das grundlegende Argument für die Auswahl dieses Materials. Es lohnt sich jedoch, ein weiteres in Betracht zu ziehen, das oft von vorausschauenden Architekten berücksichtigt wird.

Wir sprechen hier über die Struktur von Schaum mit geschlossenen Poren, also über eine Struktur, die gegen alle Arten von Feuchtigkeit, hauptsächlich an Plattenunterbrechungen (Verschlüsse, Verbindungen mit der Decke, mit Wänden u.Ä.), am widerstandsfähigsten ist. Das Auftreten der genannten Effekte aufgrund extremer Arbeitsbedingungen in geschützten Räumen (niedrige Temperaturen, oft mit kontrollierter Atmosphäre) ist viel wahrscheinlicher als im klassischen „Normaltemperaturbau“.  

Diese Probleme entstehen hauptsächlich aus zwei Gründen - erstens durch ein sehr instabiles Niveau der relativen Luftfeuchtigkeit (das oft nahezu 100% erreicht) und eine fast immer extreme Aggressivität der chemischen und biologischen Atmosphäre im Stallgebäude.

Hallebrands Arbeiten aus dem Jahr 1993 beschreiben bis zu 136 identifizierte gasförmige Substanzen, die mit dem Prozess der Tierhaltung einhergehen. In der Ventilationsluft eines durchschnittlichen Stallgebäudes befinden sich viele dieser Gase und ihr wesentlicher Teil ist chemisch extrem aggressiv.

Zu den wichtigsten gehören:      

  • Ammoniak NH3  (bis zu 14 mg/m3)
  • Methan CH4
  • Distickstoffmonoxid N2O
  • Schwefelwasserstoff H2S (bis zu 10 mg/m3)
  • Moleküle flüchtiger Fettsäuren
  • Phenole C6H5OH
  • Indole C8H7N
  • Melamine C3H6N6
  • Aggressiver Staub und andere Aero-Faktoren

Ein bedeutender Teil dieser Verbindungen ist beispielsweise für geschäumte Polystyrole (Styropore) nicht neutral und das ist die grundlegende Einschränkung für ihre dauerhafte Verwendung.

Der Kontakt mit vielen organischen Verbindungen endet mit vorzeitigem Verlust elementarer, hauptsächlich mechanischer Eigenschaften und stark beschleunigten Alterungseffekten der Wärmeisolierung.

Auch Mineralwolle wird in diesen Anwendungsbereichen ihre Aufgabe nicht dauerhaft erfüllen, denn obwohl sie chemisch resistent ist (nur Wolle, keine organischen Bindemittel), treten Probleme auf, wenn wir sie unter sehr extremen Feuchtigkeitsbedingungen lagern. Feuchte Mineralwolle ist ein thermischer und biologischer Albtraum.

Der Raum in der Tierhalle ist eine sehr komplexe Umgebung mit äußerst instabilen mikroklimatischen Bedingungen. In der einfachsten Version werden Wärme- und Feuchtigkeitsschätzungen dieser Objekte mithilfe der klassischen Methode thermischer Dimensionierung formuliert, bei der Wärmeverluste durch Lüftung nach dem Wasserdampf- oder Kohlendioxid-Volumenkriterium berechnet werden (z.B. die vereinfachte Methode der Kennzahl thermischer Eigenschaften (WWT), die von Wolski entwickelt wurde).

Ohne ins Detail zu gehen, genügt es, sich mit den Annahmen dieser Methode vertraut zu machen, wobei die Kondensationsbedingungen in zwei Varianten mit folgenden Annahmen bestimmt werden:

a)

  • konstante Innenlufttemperatur von 8oC,
  • konstante Innenluftfeuchtigkeit von 85%,
  • veränderliche Außenluftfeuchtigkeit von 50 bis 100%.

b)

  • konstante Innenlufttemperatur von 8oC,
  • konstante Außenluftfeuchtigkeit von 85 %
  • veränderliche Innenluftfeuchtigkeit von 50 bis 100 %.

Wie man sehen kann, unterliegen in diesem Modell die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur auf beiden Seiten der Gebäudetrennwände extrem dynamischen Veränderungen und der Wärmeaustausch in Form von Durchdringung der Trennwände erfolgt entsprechend den nicht festgelegten Bedingungen.

Die Variabilität derartig festgelegter spezifischer Bedingungen bewirkt, dass die Wahrscheinlichkeit der Kondensation von Wasserdampf in der Trennwand (oder auf ihrer Oberfläche) signifikant und schwer abzuschätzen ist, was eine große Gefahr darstellt.

Wenn dies der Fall ist, ist der Einsatz von Materialien mit geringem Diffusionswiderstand gegenüber Wasserdampf ausgeschlossen. Der Einbau einer Wärmedämmschicht aus Mineralwolle (oder offenzelligem Schaumspray) ist in der Praxis stark begrenzt. Thermano Agro besitzt keine dieser disqualifizierenden Eigenschaften.

Es handelt sich um eine speziell entworfene Polyisocyanurat-Platte (PIR) mit Außenschichten, die mit Alufolie mit einer Dicke von 50 μm verstärkt sind, was die mechanische und chemische Beständigkeit des gesamten Systems erheblich erhöht.

Zusätzlich befindet sich auf einer Seite der Platte aus ästhetischen Gründen eine chemisch beständige Schicht (Farbe), die ein wichtiges Element für das Wohlbefinden der gezüchteten Tiere darstellt und eine einfache und mikrobiologische Reinigung dieser Oberflächen mit Hochdruckgeräten ermöglicht.

Die Variante der Thermano Agro-Platte ist in erster Linie als Plafond für Stallgebäude bestimmt. Diese Isolierung hat die besten Dämmungsparameter auf dem Markt (λ=0,023 [W/m·K]), was zu realen Einsparungen im Bereich der Heiz- und Kühlkosten und zu einer Optimierung der Innenraumtemperatur in den Stallgebäuden führt.

Die Dichte von Thermano Agro beträgt nur ca. 30 kg/m3, was eine bis zu fünfmal geringere Belastung im Vergleich zu Hartwolle bedeutet, bei entsprechender Dicke der Isolatoren und Einhaltung einheitlicher U-Werte sogar eine nahezu sieben- bis achtmal geringere.

Die Montage der Platten ist äußerst einfach und kann ohne PVC-Profile oder in Form einer Schwebedecke mit PVC-Profilen direkt an Sparren oder Kehlbalken erfolgen. Dieser Lösungsvorschlag ist eine ganz andere, moderne, energiesparende und gesunde „AGRO-Realität“, die sich schon seit vielen Jahren in westlichen Ländern bewährt hat.