Izolacja termiczna systemów HVAC

    Izolacje techniczne systemów wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania pełnią niezwykle ważną rolę. Warunkują trwałość i bezpieczeństwo jej funkcjonowania, wpływają na energooszczędność instalacji oraz komfort i bezpieczeństwo osób z niej korzystających. W gruncie rzeczy dziś izolacje to nie kaprys, lecz przymus. Na szczęście wybór jest bardzo szeroki i dobór odpowiedniej izolacji, która spełniać może różne funkcje – sprawa indywidualna w każdym przypadku – nie stanowi żadnego problemu.

    izolacja termiczna systemow hvac 750x1024 - Izolacja termiczna systemów HVAC
    Fot. 1. Dobór odpowiedniego rozwiązania dla systemów HVAC reguluje Załącznik nr 2 do
    Warunków Technicznych, z najnowszymi zmianami wprowadzonymi w życie z początkiem 2018 r..

    Cel, w jakim stosuje się wszelkie odmiany izolacji przeznaczonych dla instalacji HVAC, zawarty jest w samych ich nazwach. Mamy tu więc izolacje przeciwkondensacyjne (zabezpieczenie przed kondensacją, czyli skraplaniem się pary wodnej), izolacje przeciwogniowe oraz izolacje wygłuszeniowe (tłumienie hałasu). Jednak absolutnie nadrzędnym zadaniem każdej z nich jest zabezpieczenie przed stratami lub zyskami ciepła, które są wprost proporcjonalne do różnicy temperatur między otoczeniem przewodu, a medium przepływającym przez system.

    Termiczne zadanie izolacji

    Każda izolacja termiczna musi być zarazem przeciwogniowa, przeciwkondensacyjna i musi (w jakimś stopniu) wygłuszać hałas wygenerowany przez medium, którego ruch w instalacjach tworzy nieprzyjemne efekty akustyczne. Jednak termiczna ochrona kanału to podstawowe zadanie każdej izolacji – obojętne czy jest to mata na bazie spienionego polietylenu, mata kauczukowa czy też płyta z wełny szklanej bądź skalnej – i na tym termicznym zadaniu obecnie się skupimy. Dlaczego jest to takie ważne? Niekontrolowane straty lub zyski ciepła, które pojawiają się przy rezygnacji z izolacji, prowadzą do zwiększenia zużycia energii przez instalację, co w konsekwencji podnosi koszty eksploatacji systemu, a czasem dodatkowo pogarsza warunki wewnątrz obiektu w którym instalacja pracuje. Krótko mówiąc rezygnacja z izolacji termicznej to torpedowanie pracy całego systemu – czasem na bardzo małą skalę, a czasem na dużą, odczuwalną zarówno w portfelu jak i w pomieszczeniach wewnątrz obiektu. Inwestycja w izolację termiczną wydaje się nieraz sporym wydatkiem, lecz w dłuższej perspektywie czasowej jest to posunięcie opłacalne – inna sprawa, że kwestie te regulują przepisy prawa i dziś od izolacji kanałów wentylacyjnych, klimatyzacyjnych i grzewczych de facto nie ma odwrotu. Poza tym należy mieć na uwadze to, że oprócz ochrony cieplnej, każda izolacja termiczna pełni pozostałe zadania – niezwykle ważne.

    izolacja termiczna systemow hvac5 1024x771 - Izolacja termiczna systemów HVAC

    Wiodące materiały stosowane w izolacjach technicznych

    Absolutnym numerem jeden – ze względu na wszechstronność zastosowania – jest wełna mineralna, która dzieli się na dwa rodzaje – wełnę skalną i szklaną. Oba rodzaje tych izolatorów świetnie się sprawdzają i z pozoru są do siebie bardzo podobne, lecz w gruncie rzeczy istotnie się różnią, dlatego rozmawiając o wełnie mineralnej powinno się zawsze doprecyzować o który z tych dwóch rodzajów wełny chodzi – o wełnę skalną czy szklaną. Nazwa każdej z nich zdradza pochodzenie: wełna skalna powstaje na bazie kruszyw wapiennych, bazaltów, dolomitów czy gabra (zasadowa skała głębinowa), zaś szklana powstaje (w bardzo podobnym procesie) z piasku kwarcowego i/lub ze stłuczki szklanej, czyli odpadów szklanych pozyskanych w drodze recyklingu. Przy produkcji obu wełen surowce bazowe zostają roztopione w bardzo wysokiej temperaturze po czym rozwłóknione. Włókna łączy się ze sobą przy użyciu specjalnych żywic fenolowo-formaldehydowych (powstałych na katalizatorach organicznych lub nieorganicznych), a na koniec formuje się finalne wyroby, czyli maty, otuliny, płyty, itp. Opisane wyżej zróżnicowane surowce bazowe wpływają na znaczące różnice między wełną skalną i szklaną, jeśli chodzi o ich parametry i właściwości. Wełna szklana jest lżejsza, bardziej elastyczna – lepiej się dopasowuje do kształtu przewodu. Za to jest mniej odporna na ogień – podczas gdy szklana zaczyna się topić przy 700ºC, wełna skalna nadal zachowuje swoje właściwości i ulega ogniowi dopiero przy temperaturze około 1000ºC. W kwestii izolacyjności akustycznej oba rodzaje wełny skutecznie tłumią energię akustyczną i są w tym na tyle dobre, że oba znajdują się na liście najbardziej polecanych do tego celu izolatorów. Natomiast z punktu widzenia izolacyjności temperaturowej lepszym wyborem jest wełna szklana, która osiąga wymagany współczynnik przewodzenia cieplnego przy gęstości o ponad połowę mniejszej, niż ma to miejsce w przypadku wełny skalnej. Za to oba rodzaje wełny mineralnej są niestety paroprzepuszczalne i dlatego, by mogły pełnić funkcje izolacji przeciwkondensacyjnej, muszą być wyposażone w szczelną powłokę, choćby taką, jaką niewątpliwie jest zbrojona folia aluminiowa.

    izolacja termiczna systemow hvac2 1024x682 - Izolacja termiczna systemów HVAC
    Fot. 2. Otulina ROCKWOOL 800 z wełny skalnej, produkowana jest w unikalnej technologii,
    dzięki której posiada doskonałe parametry techniczne, wyjątkową jakość i trwałość izolacji.
    Stosowana jest do izolacji termicznej rurociągów grzewczych, ciepłowniczych, w tym centralnego ogrzewania, ciepła technologicznego, ciepłej wody użytkowej, węzłów cieplnych oraz jako izolacja przeciw kondensacji pary wodnej. Otulina jest niepalna i nierozprzestrzeniająca ognia. Pokrycie zbrojoną folią aluminiową stanowi barierę ochronną przed kondensacją pary wodnej, a niska zawartość jonów chlorkowych skutecznie eliminuje ryzyko korozji stalowych elementów instalacji grzewczych. Folia dodatkowo wzmacnia otulinę, podnosi jej standard oraz estetykę. Montaż otuliny jest szybki i łatwy, a przestrzeganie ogólnych zasad montażu zapewni skuteczność i efektywność wykonanej izolacji, a tym samym całej instalacji.


    Kolejnym często stosowanym materiałem jest syntetyczny kauczuk (o bardzo niskim współczynniku przewodzenia ciepła), czyli tworzywo o bardzo wysokiej elastyczności, dobrych właściwościach akustycznych (tłumienie dźwięków) i – co bardzo ważne – cechujące się dużym oporem dyfuzyjnym, co jest równoznaczne z wysoką nieprzepuszczalnością parową. Można wręcz powiedzieć, że wilgoć nie wywiera wpływu na właściwości syntetycznego kauczuku, który mimo wszystko bywa pokrywany powłokami aluminiowymi dla zabezpieczenia kanałów przed skraplającą się na nich parą wodną. Elastyczny i odporny na dyfuzję parową spieniony polietylen jest trzecim najchętniej stosowanym materiałem (tworzywem), służącym do zabezpieczania kanałów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Materiał ten przypomina syntetyczny kauczuk, a więc jest podobnie elastyczny, odporny na wilgoć i bywa też zabezpieczony od zewnątrz aluminiową folia, choć czasami folię tę zastępuje się powłoką kauczukową.Wszystkie opisane wyżej materiały oferowane są jako gotowe wyroby w postaci samoprzylepnych płyt o zróżnicowanej grubości i gęstości, otulin samoprzylepnych czy też wszelkiego rodzaju mat klejonych za pomocą klejów kontaktowych. Jednak wełna mineralna czy rzadziej spotykana pianka poliuretanowa funkcjonują na rynku nie tylko jako izolatory dla powstałych już kanałów wentylacyjnych, ale też jako budulec na kanały wentylacyjne i zarazem izolacja w jednym. Sztywne płyty wykonane z tych materiałów tworzą ścianki kanałów w tak zwanych systemach samonośnych, które z zewnątrz pokrywane są najczęściej folią aluminiową.

    Dobór grubości izolacji cieplnej

    W większości przypadków celem zastosowania izolacji technicznych w systemach HVAC jest chęć zaoszczędzenia energii. Grubość materiału staje się wówczas wypadkową wymagań technicznych oraz ekonomicznej oceny, która zapewni najniższy roczny koszt eksploatacji. Dobór odpowiedniego rozwiązania dla systemów grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych reguluje Załącznik nr 2 do Warunków Technicznych. Choć najnowsza nowelizacja rozporządzenia weszła w życie z początkiem stycznia, to z punktu widzenia minimalnych grubości izolacji bardziej interesować nas będą modyfikacje w przepisach z 2014 roku.

    izolacja termiczna systemow hvac3 930x1024 - Izolacja termiczna systemów HVAC
    Fot. 3. Samoprzylepna mata lamelowa KLIMAFIX ze skalnej wełny ROCKWOOL, posiada
    fabrycznie nałożoną warstwę kleju na całej powierzchni wełny. Przeznaczona jest do izolacji
    termicznej i przeciwkondensacyjnej kanałów wentylacyjnych oraz innych powierzchni
    płaskich oraz cylindrycznych z blachy stalowej, których temperatura nie przekracza 50°C.
    Właściwie zwymiarowana oraz fachowo zamontowana izolacja zabezpiecza instalacje
    wentylacyjne i klimatyzacyjne przed kondensacją pary wodnej oraz zapewnia straty ciepła
    i temperaturę przepływającego powietrza, odpowiadającą wartości przewidzianej w projekcie. Dzięki warstwie kleju, jej ułożenie na kanale wentylacyjnym jest proste i szybkie. Warstwa kleju gwarantuje trwałość połączenia i nie traci swoich właściwości z upływem czasu. Brak konieczności użycia szpilek, obejm czy opasek sprawia, że czas montażu można skrócić nawet do 40% w stosunku do tradycyjnych mat lamelowych.

    Jak obliczyć grubość izolacji dla innego materiału izolacyjnego?

    Analizując powyższe wymagania, projektantowi od razu nasuwa się kilka pytań. Najważniejsze z nich odnosi się do właściwości termicznych samego materiału izolacyjnego, który niekoniecznie musi się przecież cechować współczynnikiem przenikania ciepła na poziomie λ = 0,035 W/ m2K. Zwłaszcza, że nie sprecyzowano, dla jakiej temperatury instalacji ów współczynnik ma się odnosić. W tym wypadku cennych informacji na temat wymaganej grubości izolacji dostarcza norma PN-B-02421:2000 „Ogrzewnictwo i ciepłownictwo – Izolacja cieplna przewodów, armatury i urządzeń – Wymagania i badania odbiorcze” podaje wzór, dzięki któremu obliczymy właściwą grubość materiału: gdzie:

    • e – grubość izolacji określona
    • zgodnie z WT [mm],
    • D – średnica zewnętrzna izolowanego
    • przewodu [mm],
    • λ1 – współczynnik przewodzenia
    • ciepła materiału w temperaturze
    • 40°C [W/(m2K)].
    izolacja termiczna systemow hvac4 1024x795 - Izolacja termiczna systemów HVAC
    Fot. 4 Każda izolacja termiczna musi być zarazem przeciwogniowa, przeciwkondensacyjna i musi wygłuszać hałas wygenerowany przez medium przepływające przez kanały.

    Jakie straty ciepła zachodzą dla poszczególnych grubości izolacji?

    Fizyczna grubość izolacji ma wpływ na wielkości strat ciepła z układu, a w konsekwencji – na koszty eksploatacji instalacji grzewczej. Zamiast żmudnych kalkulacji, projektanci i konstruktorzy sieci HVAC mogą skorzystać z profesjonalnych programów obliczeniowych. Tutaj pomocy udzielają sami producenci izolacji – na przykład Paroc i jego oprogramowanie PAROC Calculus.

    Łukasz Lewczuk
    W artykule wykorzystano materiały
    informacyjne firm Paroc i Rockwool

    ZOSTAW ODPOWIEDŹ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here