«

»

ARMACELL: Comportamentul pe termen lung al izolatiei pentru temperaturi scazute

Share

Economisirea energiei a devenit tot mai importanta in aplicatiile de frig. Pe fundalul conditiilor politice si juridice – cum ar fi implementarea Directivei Europene privind Performanta Energetica a Cladirilor (EPBD) in legislatia nationala –, problema eficientei energetice joaca un rol din ce in ce mai important. In Germania, sistemele de racire si aer conditionat reprezinta 14% din consumul total de energie (sursa: ASERCOM). Pentru generarea temperaturilor scazute este necesara o cantitate mare de energie. In general, sistemele de racire si aer conditionat sunt actionate de electricitate, ceea ce inseamna ca se produc pierderi mari de conversie atunci cand energia electrica este generata din combustibili minerali. Nu numai utilizarea tehnologiei eficiente din punct de vedere energetic, dar si izolarea corecta a componentelor sistemului are o contributie esentiala la reducerea consumului de energie al sistemelor de racire si aer conditionat. Daca pana in prezent izolatia pentru temperaturi scazute a servit, in principal, la prevenirea formarii condensului, pe viitor, minimizarea pierderilor de energie pe parcursul intregii durate de viata a unui sistem va trebui sa devina un obiectiv principal pentru toate izolatiile pentru temperaturi scazute.

 

Materialele izolante trebuie protejate impotriva patrunderii umezelii

In fizica constructiilor, caracteristica fundamentala in evaluarea materialelor izolante este conductivitatea termica. Aceasta descrie abilitatea unui material de a conduce caldura. Conductivitatea termica indica ce cantitate de caldura este condusa prin stratul unui material cu o suprafata de 1 m2 si o grosime de 1 m intr-o secunda, atunci cand diferenta de temperatura dintre cele doua suprafete este de 1 grad Kelvin. Cu cat valoarea conductivitatii termice este mai scazuta, cu atat abilitatea materialului este mai buna si pierderea de energie este mai redusa. Unitatea de masura a conductivitatii termice este watt-ul pe metru si pe Kelvin [W/(mK)]; simbolul acesteia este litera greceasca lambda (l) scrisa cu minuscule.

Dar umezeala poate reduce foarte mult efectul izolant al materialului. La selectarea si stabilirea grosimii izolatiei pentru temperaturi scazute, trebuie avut in vedere faptul ca, pe parcursul duratei de viata, pierderile de energie pot creste foarte mult in cazul patrunderii umezelii in izolatie. Cu fiecare volum de umezeala de conductivitatea termica creste si efectul izolant se micsoreaza. Rezultatul este nu numai o pierdere mai mare de energie, dar si o scadere a temperaturii de suprafata. Daca aceasta scade sub temperatura punctului de condensare, se formeaza condensul. Garantarea faptului ca temperatura de suprafata va ramane peste temperatura punctului de condensare chiar si dupa multi ani de exploatare este posibila numai in cazul in care conductivitatea termica a materialului izolant nu creste in mod semnificativ in urma patrunderii umezelii.

Prin urmare, un sistem de izolatie fiabil trebuie sa fie, de asemenea, protejat impotriva patrunderii umezelii excesive. Cantitatea de umezeala care poate patrunde in izolatie ca urmare a difuzarii vaporilor depinde de rezistenta la difuzarea vaporilor de apa (factorul µ) a materialului izolant. Factorul µ indica factorul cu care rezistenta materialului la vaporii de apa este mai mare decat cea a stratului static de aer de aceeasi grosime si temperatura. µ este un parametru fara dimensiuni. Cu cat factorul µ al unui material izolant este mai scazut, cu atat gradul de umezeala este mai mare – si, prin urmare, pierderea de energie – de-a lungul anilor. La selectarea materialului izolant este foarte important sa aveti in vedere acest fapt.

 

Numai valorile supervizate extern confera siguranta

Conductivitatea termica l si rezistenta la difuzarea vaporilor de apa µ sunt elemente deosebit de importante. Cu toate acestea, legislatia nu prevede ca aceste proprietati ale produsului, relevante pentru functionarea materialelor de izolatie pentru temperaturi scazute, sa fie supervizate. Respectarea cu strictete a datelor tehnice publicate este lasata la latitudinea producatorului. In orice caz, conform conditiei tehnologice reflectate in DIN 4140 [1], paragraful 4.1 sau paragraful 4.4, in Germania pot fi utilizate numai materiale izolante monitorizate, in conformitate cu VDI 2055 [2] sau cu procedurile de evaluare a calitatii comparabile. Organismele autorizate sau acreditate trebuie sa fie responsabile cu testarea si certificarea. In cazul in care, pentru diverse materiale izolante, nu este posibila asigurarea calitatii in conformitate cu aceste reglementari, este necesara aprobarea expresa a clientului inainte ca aceste materiale izolante sa poata fi utilizate.

Fara o supraveghere externa, utilizatorul se poate confrunta cu riscul ca valorile actuale ale produsului sa fie diferite de cele publicate. Acest fapt poate avea consecinte extrem de neplacute in ceea ce priveste fiabilitatea si functionarea instalatiei izolate si poate duce la reclamatii. Prin urmare, producatorii responsabili de materiale izolante asigura respe­ctarea valorilor tehnice cheie prin intermediul unei supravegheri a cali­tatii VDI 2055. Compararea proprietatilor produselor care determina calitatea este posibila numai in cazul in care valoarea l si factorul µ ale unui material izolant sunt supuse unei monitorizari externe sistematice.

 

Factor de risc – formarea condensului

De obicei, consecintele difuzarii vaporilor de apa raman initial invizi­bile – pana cand devin vizibile sub forma condensului si duc la deteriorarea lucrarii si intreruperea proceselor operationale. Formarea condensului poate fi prevenita prin dimensio­narea izolatiei, in vederea asigurarii faptului ca temperatura sa de suprafata este cel putin egala cu temperatura punctului de condensare a aerului inconjurator. Conductivitatea termica este valoarea considerata ca fiind punctul de plecare pentru determinarea grosimii izolatiei necesare in vederea prevenirii formarii condensului.

Exemplu (fig. 1):

La o temperatura ambianta de +20 0C si o umiditate de 65%, temperatura punctului de condensare este de 13,2 0C (racire permisa = 6,8 K). La o temperatura a conductei de –20 0C si l ú 0,033 W/(mK), grosimea minima a izolatiei necesara pentru preve­ni­rea formarii condensului este de 17,9 mm pentru o suprafata plana si de 14,0 mm pentru o conducta cu un diametru exterior de 42,4 mm.

O valoare l mai mare, de 0,036 W/(mK), de exemplu, va determina o temperatura de suprafata de 12,7 0C, care este cu 0,5 K mai scazuta. Aceasta inseamna ca valorile scad cu 7,4% sub valoarea de racire permisa de 6,8 K. Din cauza ca tempe­ratura de suprafata este in acel moment mai mica decat temperatura punctului de condensare de 13,2 0C, se formeaza condensul. La umiditati si temperaturi mai ridicate, valorile scad si mai mult sub valoarea de racire permisa.

 

Factor de risc – patrunderea umezelii

In cazul izolatiilor pentru tempe­raturi scazute, diferentele de presiune dintre mediul inconjurator (cald) si miez (rece) provoaca un flux continuu de vapori de apa inspre „rece“. Prin urmare, exista riscul ca vaporii de apa din mediul inconjurator sa fie difuzati in izolatie, cauzand formarea condensului si umezirea materialului izolant.

Pe langa deteriorarea grava a proprietatilor izolatiei mentionate deja si cresterea pierderilor de energie, patrunderea umezelii duce, de asemenea, la o scadere a temperaturii de suprafata. Daca aceasta scade sub temperatura punctului de condensare, se formeaza condensul care provoaca un atac coroziv puternic, care adesea produce daune indirecte foarte costisitoare.

Un material cu o rezistenta ridicata la difuzarea vaporilor de apa (factorul µ) poate preveni sau reduce riscul patrunderii umezelii si, astfel, poate maximiza durata de viata a materialului izolant (fig. 2).

Factorul µ nu este luat in consi­derare la calcularea grosimii izolatiei necesare in vederea prevenirii formarii condensului, dar acest lucru este extrem de periculos, deoarece – dupa cum este indicat in calculul urmator – in cazul utilizarii unor materiale izolante cu un factor µ mai scazut, este necesara utilizarea unor straturi cu o grosime considerabil mai mare pentru a asigura o rezistenta echivalenta la difuzarea vapo­rilor de apa.

Materialul izolant A cu µ │ 10.000 si o grosime a izolatiei de sd = 13 mm corespunde unei grosimi a stratului de aer echivalent pentru difuzarea vaporilor de apa de sd = 10.000 ╫ 0,013 = 130 m.

Materialul izolant B cu µ = 5.000 atinge aceeasi grosime numai sd = 5.000 ╫ 0,013 = 65 m.

Cei 65 m care lipsesc pentru obti­nerea aceleiasi eficiente trebuie compensati cu ajutorul unei bariere suplimentare de vapori sau al unui strat suplimentar de material izolant cu o grosime de 13 mm. Deci, in cazul unui material izolant cu µ = 5.000, grosimea izolatiei trebuie sa fie de doua ori mai mare decat in cazul unui material cu µ │ 10.000.

Prin urmare, factorul µ influen­teaza grosimea necesara a izolatiei. In cazul utilizarii unui material cu un factor µ cu o valoare pe jumatate mai mica, grosimea izolatiei trebuie sa fie de doua ori mai mare in vede­rea obtinerii aceleiasi rezistente la difuzarea vaporilor de apa.

 

Fiabilitate datorita celulelor „etanse”

Deoarece este suficienta si o cantitate mai mica de umezeala pentru a provoca aparitia coroziunii, indiferent de eficienta barierei de vapori de apa, aceasta nu poate inlocui protectia eficienta impotriva coroziunii. O rezistenta ridicata la difuzarea vaporilor reduce riscul aparitiei coroziunii dar, bineinteles, nu inseamna ca nu este necesara o protectie eficienta impotriva acesteia.

Avantajele unui material cu o rezistenta ridicata la difuzarea vaporilor constau in faptul ca umezeala care se poate condensa pe partea rece a instalatiei este redusa semnificativ, de aceea nu este posibila acumularea unor cantitati mari de apa care sa provoace daune in orice parte din sistem. In afara de aceasta, este asigurat faptul ca, chiar si pe parcursul unei perioade mai mari de timp, umezeala nu va patrunde in materialul izolant, permitandu-i acestuia sa-si pastreze proprietatile izolante.

In cazul celulelor inchise, materiale izolante cu o rezistenta ridicata la difuzarea vaporilor si flexibilitate mare, riscurile patrunderii umezelii sunt mult mai reduse decat in cazul altor materiale. In cazul materialelor izolante elastomerice, rezistenta la difuzarea vaporilor nu este aplicata intr-un strat subtire (care, prin urmare, poate fi supus deteriorarii), ci este asigurata in mod continuu – celula cu celula – pe toata grosimea spumei. Aceasta se obtine in procesul de productie prin „etansarea“ peretilor individuali ai celulei impotriva difuzarii vaporilor de apa. Armacell a perfectionat tehnica utilizarii rezistentei ridicate la difuzarea vaporilor a cauciucurilor sintetice si prin noul produs AF/Armaflex, primul material izolant elastomeric din lume cu o rezistenta garantata la difuzarea vaporilor de apa de µ │ 10.000 (fig. 3).

 

Prevenirea pe termen lung a pierderilor de energie

In prezent, modelul cu doua zone al lui Glaser este utilizat pentru eva­luarea riscului de patrundere a umezelii intr-o lucrare de izolatie ca urmare a formarii condensului. Problema principala a modelului cu doua zone este determinarea „temperaturii de condensare“ uc, la care curba partiala de presiune provenind din exterior se uneste cu curba presiunii vaporilor saturati si separa „zona uscata“ de „zona umeda“. O parte din umezeala se conden­seaza deja pe partea interioara a materialului izolant, in timp ce umezeala ramasa inainteaza spre suprafata rece a instalatiei. In scopul prezentarii noastre, acest lucru inseamna ca, cu cat factorul µ al unui material izolant este mai redus, cu atat umezeala este mai mare, adica cu atat zona „umeda“ se extinde mai mult. Prin urmare, proprietatile izolante se deterioreaza pe parcursul anilor si pierderile de ener­gie cresc. Acum, pentru prima data, pot fi aplicate ecuatiile si formulele corespunzatoare de calcul din proiectul directivei germane VDI 2055, foaia 1 [2; 3]. In general, sunt solicitate iteratii care sa elimine calculul manual. Este posibil ca aceste formule sa fie reflectate in standardele europene viitoare.

Pe parcursul intregii durate de viata, cresterea pierderilor de energie este cu atat mai mare cu cat conductivitatea termica este mai ridicata si rezistenta la difuzarea vaporilor de apa este mai scazuta. Pierderea de energie din instalatiile izolate cu un material cu o conductivitate termica de l0°C ú 0,033 W/(m·K) si o rezistenta la difuzarea vaporilor de apa de µ │ 10.000 poate creste usor pe parcursul duratei de viata, dar dupa o perioada de zece ani aceasta este inca mult mai scazuta decat pier­derea initiala de energie (valoarea „uscata“ initiala) a unui material izolant cu o valoare l mai mare si un factor µ mai mic. Ameliorarea simultana a valorii l si a factorului µ are efecte considerabile asupra comportamentului pe termen lung a sistemului de izolatie (Tabelul 1 si fig. 5).

 

Sumar

In izolatiile pentru temperaturi scazute exista pericolul ca umezeala sa patrunda in materialul izolant. In cazul in care riscul patrunderii umezelii nu este eliminat, apa si/sau gheata se pot forma in punctele sistemului de izolatie in care tempe­ratura scade sub temperatura punctului de condensare. Ca urmare a patrunderii umezelii, conductivitatea termica si, de asemenea, pierderea de energie din instalatii cresc.

Numai materialele izolante pentru temperaturi scazute cu o conductivitate termica (initiala) scazuta si o rezistenta ridicata la difuzarea vaporilor de apa sunt protejate pe termen lung impotriva patrunderii umezelii in exces si protejeaza instalatiile impotriva pierderilor de energie pe parcursul duratei lor de viata. Rezultatele prezentate mai sus demonstreaza in mod clar cat de mult pot influenta, chiar si cele mai mici abateri de la valorile tehnice, pierderile de energie. Prin urmare, trebuie utilizate numai materiale izolante ale caror valori pot fi garantate. Proprietatile produsului, relevante pentru functionare, trebuie supuse unei monitorizari interne si externe permanente si asigurate in mod serios. Costurile ridicate alarmante, care provin in fiecare an din daunele cauzate de izolatia umeda si coroziune, demonstreaza importanta func­tionarii in mod corespunzator pe termen lung a sistemului de izolatie.

Aspectele energetice au devenit, de asemenea, tot mai importante in tehnologia de racire si aer conditionat. Din acest motiv, este adecvata plani­ficarea izolatiei pentru temperaturi scazute astfel incat aceasta sa nu respecte numai cerintele minime privind prevenirea formarii condensului, ci si sa permita obtinerea economiei optime de energie. In plus fata de utilizarea unui material izolant eficient din punct de vedere al energiei, in etapa de planificare, trebuie luata in considerare posibilitatea specificarii unor grosimi ale izolatiilor mai mari decat cele necesare pentru prevenirea formarii condensului. Din cauza pretului energiei in crestere, costurile de investitie usor mai ridicate vor fi in curand amortizate. Prin optimizarea izolatiei este posibila economisirea costurilor energetice pe termen lung, protejandu-se in acelasi timp mediul.

 

Referinte

[1] DIN 4140, 03-2007: Lucrari de izolatie pentru instalatii industriale si echipamente de constructie – Executia izolatiilor termice si reci;

[2] VDI 2055, Partea 1, Proiect, 2007-02, Izolatia termica a instala­tiilor industriale operationale cu incalzire si racire si servicii de constructie – Reguli de calcul;

[3] dipl. ing. Michaela STÖRKMANNComportamentul pe termen lung al materialelor izolante elastomerice in tehnologia de racire – Fizica fundamentala a absorbtiei umezelii prin difuzarea vaporilor; Tehnica izolarii 2-2006.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 36 – aprilie 2008

 

Autor:
dipl. ing. Michaela STÖRKMANN – Armacell GmbH



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2008/04/30/armacell-comportamentul-pe-termen-lung-al-izolatiei-pentru-temperaturi-scazute/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.