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Was man über elektrische Rohrbegleitheizungen wissen sollte

Arten und Einsatzbereiche von Rohrbegleitheizungen

Eine elektrische Rohrbegleitheizung wird als Frostschutz oder zur Temperaturhaltung verwendet. In der Haustechnik kommt eher Ersteres zum Einsatz – vor allem bei wassergeführten Rohrleitungen im Freien bzw. im Erdreich, wo trotz Isolierung/Dämmung bei niedrigen Temperaturen ein Einfrieren oder Platzen nicht auszuschließen ist.

Typische Beispiele:
Frostschutz für mobile Wasserleitungen - egal, ob es sich um die Innenbeheizung von Trink- oder Brauchwasserleitungen handelt, Auf-Rohr-Montage für Brauchwasseranwendungen, Heizungsrohre uvm. Durch den Einsatz einer Begleitheizung können somit teure Frostschäden vermieden werden.
Im Industriebereich, vor allem in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, kommen Rohrbegleitheizungen zur Frostfreihaltung und Temperaturhaltung zum Einsatz – hauptsächlich jedoch die Temperaturhaltung. Typische Beispiele, um ein bestimmtes Temperaturniveau zu halten, sind, von Wasser bis hin zu anderen hochviskosen Flüssigkeiten durchströmte Leitungsrohre z.B. Fett-/Ölleitungen, Schokolade, Honig, Klebestoffe und verschiedenste Gase. Auch hier können durch eine Begleitheizung teure Stillstandzeiten der Anlage aufgrund verstopfter Rohrleitungen oder schadhafter Fluide vermieden werden.


 
Bei der Rohrbegleitheizung unterscheiden wir zwischen selbstlimitierenden Heizkabeln und Permanentheizleitern (Festwiderstand). Abhängig vom jeweiligen Einsatzbereich gibt es hier Vor- bzw. Nachteile.

Selbstlimitierende Heizkabel

Vorteile: 
 
  • Rollenware kann exakt zugeschnitten werden
  • Jeder Zentimeter heizt für sich selbst und passt sich an die Umgebung an
  • Ein Überkreuzen der Heizkabel ist kein Problem
  • Überhitzen durch Eigenerwärmung ausgeschlossen
  • Leistungspuffer: kompensiert niedrigere/schlimmere Umgebungstemperaturen besser


Nachteile:
 
  • Einschaltstromspitzen
  • Starres Material
  • Leistungsüberwachung schwieriger
  • Temperaturbereich beschränkt

Permanentheizleiter

Vorteile:
 
  • Ausführung in diversen Dicken für diverse Anwendungen
  • Konstante Leistung, konstant überwachbar
  • Flexibleres Material
  • Auch für hohe Temperaturen geeignet


Nachteile:
 
  • Überhitzung beim Überkreuzen (Hotspot)
  • Überhitzung durch Eigenerwärmung möglich
  • Variables Kürzen nicht möglich
 

Montage von Rohrbegleitheizungen

Bei der Montage einer Rohrbegleitheizung gilt es darauf zu achten, dass zunächst alle Arbeiten an der jeweiligen Rohrleitung erledigt wurden. Aus der Funktionsweise der Begleitheizung ergibt sich die Notwendigkeit ihrer exakten Montage, denn nur dann verteilt sie ihre Wärme optimal an das warmzuhaltende Rohr. Meistens wird die Rohrbegleitheizung längs am Rohr entlang gelegt. Bei hohen Verlustleistungen kommt es zu einer Mehrfachverlegung: hier laufen die Heizbänder dann parallel unter Berücksichtigung des minimalen Verlegeabstandes.

Bevor die Begleitheizung montiert werden kann, muss die Oberfläche der Rohre gesäubert, entfettet und Störkonturen, wie beispielsweise scharfe Grate, entfernt werden. Um das Eindringen von Wärmedämmmaterial zwischen Heizleitung und zu beheizender Oberfläche zu verhindern bzw. um eine ideale Wärmeübertragung vom Heizband auf das Rohr zu gewähren, sollte die Heizleitung auf voller Länge mit Aluklebebändern (Wichtig: dieses darf keine PVC–Weichmacher enthalten!) fixiert/abgedeckt werden.

Es ist auf einen guten Kontakt zwischen Heizleitung und zu beheizender Oberfläche zu achten. In den Bereichen wo kein direkter Kontakt möglich ist, muss vor allem bei Permanentheizleitungen mit wärmeleitendem Material unterfüttert werden, um eine punktuelle Überhitzung und somit die Zerstörung des Heizleiters zu verhindern.
Bei einem Leitungsrohrdurchmesser größer als 150 mm empfiehlt sich eine Mehrfachverlegung des Heizbandes, um eine ideale Wärmeverteilung zu gewähren.
Wird eine Wärmedämmung mit Blechmantel verwendet, so ist zum mechanischen Schutz der Heizleitung eine Isolierdurchführung einzusetzen. Auf den Außenmantel der Dämmung sollte anschließend alle 5 m der Hinweis „Elektrisch beheizt“ platziert werden.


Vor der Installation muss sichergestellt werden, dass sowohl das Rohrmaterial als auch die Dämmung den angegebenen Haltetemperaturen standhalten.
PVC-Rohre können ihre Formstabilität ab einer Temperatur von 60°C verlieren. Rohre aus Polyethylen und GFK bei 80°C. Aus diesem Grund sollte bei Kunststoff- oder Gussrohren vor Anbringung der Begleitheizung als erste Schicht ein Aluminiumklebeband längs entlang der Rohrleitung angebracht werden. Das soll helfen, die Wärme optimal auf den Rohrumfang zu verteilen und einen punktuellen Hotspot zu vermeiden. Anschließend sollte das Heizband mit einem Aluminiumklebeband parallel zu der Längsachse überklebt und fixiert werden. 
Bei Metallrohren kann die Rohrbegleitheizung direkt auf diesem aufgebracht werden. Auch hier empfiehlt es sich, das Heizband mittels Aluminiumklebeband zu fixieren.

Rohr:
Hier wird die Begleitheizung bei horizontal verlegten Rohren idealerweise schräg bzw. seitlich montiert. 

EXPERTEN-TIPP:
Betrachtet man das Rohr im Schnitt und stellt sich ein Ziffernblatt einer Uhr vor, sollte die Begleitheizung die Positionen der Ziffern 4-5 oder/und 7-8 einnehmen (Mehrfachverlegung).




Im Falle von Mehrfachverlegung ist gemäß der untenstehenden Zeichnung zu verfahren




Heizungsinstallation an Rohrauflagern




Rohrbogen:
Hier wird die Begleitheizung auf der Außenseite verlegt, um kleine Biegeradien (minimalen Biegeradius des jeweiligen Heizbandes beachten) zu vermeiden. 

 


Armaturen:
Für Armaturen jeglicher Art (z.B. Flansch, Ventile, Kugelhähne und Pumpen) sind Heizleitungszugaben zu berücksichtigen. Die Zugabelängen variieren je nach Rohrdurchmesser und der jeweiligen Armatur. Für eine Pumpe sind z.B. längere Heizleitungszugaben notwendig als für einen Flansch. Die Heizleitungszugaben werden meistens mithilfe eines Omegabogens untergebracht.

EXPERTEN-TIPP:
Sollte die Begleitheizung bei Armaturen aufgrund von Wartungsarbeiten abnehmbar sein, empfiehlt es sich, die Begleitheizung auf ein Drahtgitter/einen Drahtkorb zu fixieren um eine einfache Demontage und Montage sicherzustellen.


Heizungsinstallation an Ventilen

 


Heizungsinstallation an Ventilen mittels Drahtkorb zur schnellen De- und Remontage der Heizung bei Wartungsarbeiten am Ventil




Heizungsinstallation an Flanschen

 


Heizungsinstallation an Brillensteckscheiben


 

Kürzen von Rohrbegleitheizungen

Aufgrund der Charakteristik bei Selbstregulierenden Heizbändern ist das Kürzen kein Problem. Dies ist auch ein großer Vorteil für die einfache Verlegung dieses Heizbandes. Ein wichtiger Punkt ist, dabei zu beachten, dass keine Feuchtigkeit bzw. Nässe in das Heizband eindringen kann. Daher empfiehlt es sich, bei einer Trommelware nach Abschneiden des Heizbandes das Ende immer wasserdicht zu verschließen / zu konfektionieren.

 
Bei Festwiderstandsheizleitungen verhält sich dieses Thema anders, denn hier ist ein unbedenkliches Kürzen nicht möglich und sollte auch nicht in Betracht gezogen werden. Im Bedarfsfall kann eine bestimmte Überlänge der Festwiderstandsheizung mehrfach auf dem Rohr untergebracht werden. Bei fertig konfektionierten Festwiderstandsheizleitern steht immer eine berechnete Auslegung dahinter.
Grundlage für diese Auslegung sind Spannungen, Strom und Widerstand. Die Heizleistung eines Heizleiters ergibt sich aus dem Zusammenspiel der angelegten Spannung und dessen ohmschen Widerstand. Kürzt man den Heizleiter so verringert sich dadurch zwangsläufig auch dessen Widerstand. Die Folge ist ein Anstieg der Leistung und somit auch der Heizleitertemperatur. Dies kann zu einer Überschreitung der höchstzulässigen Temperatur führen und das Heizband wird dadurch zerstört.
 

Ohm-Werte: Was ist das? Wie wird der Ohm-Wert geprüft?

Ohm ist die abgeleitete SI-Einheit des elektrischen Widerstands mit dem Einheitszeichen Ω (großes griechisches Omega), die ein Verbraucher in einem Stromkreis hat. Grundlage zur Berechnung von elektrischen Heizwiderstandskabeln ist das Ohmsche Gesetz.

Mit Hilfe der untenstehenden Größen werden elektrische Heizwiderstände festgelegt:
 
  • Spannung U – Einheit: Volt
  • Widerstand R – Einheit: Ohm
  • Strom I – Einheit: Ampere
  • Leistung P – Einheit: Watt

Prüfung
Die Prüfung muss immer aufgrund der Vorgaben des Heizkabelherstellers erfolgen. Grundsätzlich sollten folgende Punkte abgedeckt sein:
 
  • Sichtkontrolle auf evtl. mechanische Beschädigung und Überprüfung auf Einhaltung der Montagerichtlinien
  • Prüfen des Isolationswiderstandes: Der Isolationswiderstand jedes Heizkreises ist zwischen jedem einzelnen Versorgungsleiter und der metallenen Umhüllung (Schutzgeflecht/-schirm) zu messen und zu protokollieren. Unabhängig von der Heizkreislänge sollte der empfohlene Isolationswiderstand von 20 MOhm nicht unterschritten werden.
  • Überprüfen der Heizkreisfunktion (ggf. mit erforderlichen Temperaturreglern bzw. Begrenzer) 
  • Sichtprüfung auf Vorhandensein des Heizkreis-Typenschilds
  • nach erfolgter Wärmedämmung sind die Prüfungen zu wiederholen
 

Funktionsweise selbstregulierende Heizleitungen

Selbstregulierende Heizleitungen bestehen aus zwei parallelen Versorgungsleitern, eingebettet in ein vernetztes und mit Kohlenstoffteilchen dotiertes Kunststoff-Heizelement. Steigt die Temperatur im Betrieb, so dehnen sich die Kunststoffmoleküle aus und die Abstände zwischen den Kohlenstoffteilchen vergrößern sich. Der Widerstand steigt, die Leistung sinkt. Bei Abkühlung kehrt sich dieser Prozess um und die Leistung steigt. So passt sich die Heizleistung an jeder Stelle individuell an den Wärmebedarf an. Diese physikalische Eigenschaft, die angegebenen Temperaturen nicht zu überschreiten ermöglicht es, selbstregulierende Heizleitungen auch über Kreuz zu verlegen und auf einen Temperaturbegrenzer zu verzichten.

 

EXPERTEN-TIPP:
Der wichtigste Qualitätsaspekt der Lebensdauer ist die Verbindung von Versorgungsleiter und Matrix. Bei einem optimalen Produktionsprozess wird dieser Kontakt durch einen Koeffizienten ausgedrückt der theoretisch LRo = 1,00 ist. Die Produzenten in der Welt vertreiben Kabel mit Koeffizienten zwischen 1,00 und 1,25. (asiatische Hersteller zum Teil zwischen 2,3 – 4,2)
 

Funktionsweise Festwiderstandsheizleitung

Wird ein elektrischer Widerstand (Draht) von Strom durchflossen, so erwärmt sich dieser und die Wärme ist konstant. Das heißt wir haben hier eine Widerstandslegierung. Je höher der Strom, umso wärmer wird der Heizleiter. Die Heizleitertemperatur hängt auch vom Querschnitt des Leiters und von dessen Aufbau (verlitzt oder gewendelt) ab.
Die Wärme wird durch den Außenmantel mit einer gewissen Oberflächenbelastung abgegeben. Die Manteltemperatur hängt von der Wärmeabgabe ab (ruhende Luft, bewegte Luft, gute Anlage am zu beheizenden Teil usw.). Die Wärmeleistung ist nach dem ohmschen Gesetz abhängig vom Widerstandswert (abhängig vom spezifischen Widerstand des Materials, dessen Querschnitt und Länge) und dem elektrischen Stromdurchfluss und damit abhängig von der angelegten Spannung. 
Der Stromfluss darf dabei nicht so hoch werden, dass die Schmelztemperatur des Leitermaterials oder die Grenztemperatur des Isolierträgers erreicht wird. Aus diesen Gründen sollten die Kabelbelastungen für die Anwendungen genau geprüft werden, um eine Kabelzerstörung von innen zu verhindern.

Steuerung / Regelung

Um, sowohl vorgegebene Prozess- bzw. Haltetemperaturen einhalten zu können, als auch den Heizleiter vor thermischer Überlastung zu schützen, werden Rohrbegleitheizungen vorwiegend geregelt betrieben. Dabei wird üblicherweise die Temperatur des zu beheizenden Mediums durch einen entsprechenden Temperaturfühler (NTC, PTC, Thermoelement,…) direkt am Rohr überwacht. In seltenen Fällen, wie beispielsweise dem Frostschutz mit selbstregulierenden Heizbändern in der Haustechnik, können Rohrbegleitheizungen aber auch ungeregelt betrieben werden. Um den Energieverbrauch zu minimieren wird allerdings auch hier zumindest eine übergeordnete Steuerung zur Überwachung der Umgebungstemperatur (z.B. Abschaltung bei einer Temperatur von > 5°C) empfohlen.
 

Was ist beim Kauf zu beachten?

Rohrbegleitheizungen sollten immer auf Basis der individuellen Gegebenheiten ausgewählt und bemessen werden. Dabei gilt es, je nach Anwendungsfall, eine Vielzahl an Einflussgrößen, wie Prozess- und Umgebungstemperaturen (Temperaturunterschied), Rohrdurchmesser oder etwa die Art der Rohrisolierung zu beachten. Je nach Einsatzbereich (Ex-Bereich, Lebensmittel, Brandschutz) müssen zudem etwaige Vorschriften, Verordnungen, Normen usw. berücksichtigt werden. Um die Auswahl eines passenden Heizleiters zu erleichtern und die wichtigsten Einflussgrößen in die Kaufentscheidung einfließen zu lassen, empfiehlt es sich daher immer unseren Fragebogen für elektrische Begleitheizungen zu Hilfe zu nehmen. Dieser ist eine Orientierungshilfe, welche Einflussgrößen bei der Planung und Auslegung einer Begleitheizung von Nöten sind.
Grundsätzlich ist bei der weiteren Planung und Auslegung zu beachten, dass die maximale Stromkreislänge entsprechend der jeweiligen Herstellerspezifikation nicht überschritten wird. 
 

Projektierung für selbstlimitierende Heizbänder

Das wichtigste Kriterium bei der Auslegung einer Begleitheizung ist, dass immer nur die Leistung zugeführt wird, die über die Isolierung verloren geht. Entscheidend ist die Dicke der Dämmung, die Größe es Rohrs (Wärme geht über den Umfang verloren) und der Temperaturunterschied zwischen Isolierung und Umgebungstemperatur. Egal, ob wir das Rohr frostfrei (= 5°C) oder eine andere Temperatur halten wollen.
Weiters ist zu beachten, welche maximale Oberflächentemperaturen bei den Rohrleitungen auftreten können und ob das Heizband dafür geeignet ist. (wie z.B. bei einer Dampfspülung).
Zur Ermittlung der benötigten Leistung stellen Hersteller von Begleitheizungen auch entsprechende Tabellen bereit, aus denen sich eine Zuordnung leicht vornehmen lässt. 

Ein Beispiel - Frostfreihaltung Typ ELSR-N: 
 
  • Rohr DN100
  • 50 mm dicke Dämmschicht
  • Umgebungstemperatur max. -25°C
  • Frostschutz 5°C


Auf Grundlage entsprechender Planungsunterlagen ergibt sich dann ein Heizleistungsbedarf von 20 Watt pro Rohrmeter. Darauf aufbauend kann dann die gesamte Länge der Begleitheizung anhand der Rohrlänge und Heizleitungszugaben ermittelt werden.

Ein Beispiel – Temperaturhaltung Typ ELSR-N:
 
  • Rohr DN50
  • 40 mm dicke Dämmschicht
  • Umgebungstemperatur -10°C
  • Temperaturhaltung 20°C


Auf Grundlage entsprechender Planungsunterlagen ergibt sich dann eine Verlustleistung von 10,5 Watt pro Rohrmeter bei +20°C. Letztlich wird anhand der benötigten Leistung dann die entsprechend nächstgrößere Begleitheizung ausgewählt. Für die Heizleitungszugabe für die Einbauten kann nun wie in Beispiel 1 (Frostschutz) vorgegangen werden. 

 
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Autor: Sabine Kudilek
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