L’isolamento termico: principi di base
Per isolamento termico (o coibentazione termica) si intende il sistema che riduce il flusso termico scambiato fra due ambienti con temperature differenti. Il termine coibentazione sta per quell’insieme di tecniche per attenuare o impedire la trasmissione di calore.
In questa sede si parlerà innanzitutto di isolamento termico delle tubazioni che trasportano fluidi caldi o freddi (acqua calda, acqua fredda, acqua refrigerante, vapore,ecc.).
In questi casi ci si trova di fronte ad almeno una delle seguenti esigenze:
- Proteggere dal gelo i liquidi contenuti nelle tubazioni
- Ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno
- Evitare la condensazione dell’umidità presente nell’ambiente, lungo le superfici esterne delle tubazioni
Gli isolamenti termici sono realizzati mediante materiali di tipo fibroso, o cellulare, aventi basso coefficiente di conduttività l. Quanto più il valore di l è basso, tanto migliore sarà il potere coibente del materiale, quindi migliori prestazioni di isolamento termico.
La trasmissione termica ovvero il trasferimento di calore da un corpo più caldo a uno più freddo, può avvenire in tre modi diversi: conduzione, convezione e irraggiamento.
- Conduzione – trasferimento di calore attraverso un materiale solido/liquido per effetto degli urti tra atomi o molecole. Questo processo tende a uniformare le temperature. La trasmissione termica attraverso un materiale rigido opaco avviene unicamente per conduzione.
- Convezione – il trasferimento di calore tramite fluidi in movimento (liquidi o gas). Avviene mediante lo spostamento di particelle tra regioni a diverse temperature.
Esempi: il riscaldamento dell’acqua in un recipiente che viene posto su una fiamma,l’aria che all’interno di un locale riscaldato con termosifoni si riscalda e sale, poi si raffredda e scende. - Irraggiamento – trasferimento di calore mediante onde elettromagnetiche o particelle subatomiche in movimento (irraggiamento solare, forni a microonde ecc.)
La trasmissione termica di un determinato materiale è misurata dalla sua conducibilità termica o coefficiente di conduttività. Questo non è altro che la capacità di un materiale di condurre il calore, e viene misurata come quantità di calore, espressa in Watt – W – per ora – h, che attraversa uno strato di spessore pari a 1 metro con un’area di 1m2 , quando la differenza di temperatura agli estremi del materiale è di un grado. Questa grandezza viene rappresentata mediante la lettera greca l (lambda) espresso in W/m*K. I materiali isolanti tipici hanno all’incirca valori di conducibilità termica = 0,03 – 0,06 W/m*K.
La resistenza termica è invece, la capacità di un materiale di opporsi al flusso di calore che tende ad attraversarlo. Essa viene indicata come valore di R che dipende dal valore di lambda del materiale e dal suo spessore.
Il valore di R può essere calcolato mediante la formula: R=d/l
dove: d = spessore del materiale
Poiché R=d/l, uno spessore maggiore e/o un lambda minore determinano un valore di R più elevato. Quanto più il valore di R è alto, tanto migliore è l’isolamento. Per ottenere le migliori condizioni di coibentazione è importante conoscere il tipo e la temperatura del fluido che scorre nelle tubazioni e la temperatura ambiente.
Nel quadro del Piano Energetico Nazionale collegato al risparmio e ad un uso più razionale dell’energia la Legge 10/91, recepita nella Normativa Nazionale attraverso la Norma UNI 10376, definisce per l’isolamento degli impianti di riscaldamento e climatizzazione ambientale gli spessori dei coibenti da applicare per un isolamento ottimale. Lo spessore isolante corretto è ottenuto dalla combinazione tra il dato della conducibilità termica e il diametro esterno della tubazione da isolare.
Spessore isolante in funzione della conducibilità termica e del diametro della tubazione da isolare (Legge 10/91 – UNI 10376)
|
Conduttività termica utile dell’isolante l |
Diametro esterno della tubazione in mm |
|||||
| <20 | da 20 a 39 | da 40 a 59 | da 60 a 79 | da 80 a 89 | >=100 | |
| 0,030 |
13 |
19 | 26 | 33 | 37 | 40 |
| 0,032 |
14 |
21 | 29 | 36 | 40 | 44 |
| 0,034 |
15 |
23 | 31 | 39 | 44 | 48 |
| 0,036 |
17 |
25 | 34 | 43 | 47 | 52 |
| 0,038 |
18 |
28 | 37 | 46 | 51 | 56 |
| 0,039 |
19 |
29 | 38,5 | 48 | 53 | 58 |
| 0,040 |
20 |
30 | 40 | 50 | 55 | 60 |
| 0,042 |
22 |
32 | 43 | 54 | 59 | 64 |
| 0,044 |
24 |
35 | 46 | 58 | 63 | 69 |
| 0,046 |
26 |
38 | 50 | 62 | 68 | 74 |
| 0,048 |
28 |
41 | 54 | 66 | 72 | 79 |
| 0,050 |
30 |
44 | 58 | 71 | 77 | 84 |
Fra i materiali coibenti correntemente usati, ricordiamo:
- per fluidi aventi temperatura inferiore alla temperatura ambiente (ad esempio ossigeno liquido a temperature inferiori ai 180°C): foamglass, poliuretano, sughero espanso, lana di roccia o di vetro;
- per fluidi aventi temperatura superiore alla temperatura ambiente (acqua calda, acqua surriscaldata, vapore a temperatura maggiore di 40°C): lana di roccia o lana di vetro
L’efficienza energetica è la riduzione dei consumi di energia (con conseguenti vantaggi economici) ottenuta senza pregiudicare il comfort e la qualità della vita, proteggendo l’ambiente e contribuendo alla sostenibilità dell’energia.
Un semplice modo per incrementare l’efficienza e la durata degli impianti industriali è realizzare un corretto isolamento termico; minimizzare il consumo di energia e massimizzare la reale vita dell’impianto sono i vantaggi di indubbio valore economico ed ambientale, derivanti da un impianto ben isolato.
Limitare le perdite di calore nelle fasi di trasferimento e di stoccaggio al minimo riduce considerevolmente il consumo di energia. Nei processi dove le temperature nelle tubazioni e nei serbatoi devono essere mantenute entro precisi margini, un corretto isolamento consente di raggiungere l’obiettivo e di ridurre il lavoro di manutenzione. La corrosione causata dalla condensa all’interno dello strato isolante può essere significativamente ridotta adottando la soluzione giusta di isolamento, incrementando ulteriormente l’efficienza e la durata dell’impianto.
Secondo un recente studio condotto a livello europeo, efficienti sistemi di coibentazione industriale hanno la capacità di tagliare del 4% i consumi ed emissioni dell’industria europea. Tale studio identifica per gli isolamenti termici industriali un elevato potenziale di efficienza energetica ancora non sfruttato o addirittura ignorato: negli impianti produttivi, circa il 10% o più delle apparecchiature non sono termicamente isolate o presentano una coibentazione danneggiata. Inoltre il livello di isolamento installato è generalmente basato su considerazioni di minimo investimento derivanti da requisiti di massima temperatura di superficie per la protezione del personale, da requisiti minimi per il processo oppure risulta basato semplicemente su di un generico massimo valore di dispersione termica ammessa.
Considerando quanto detto è indispensabile affidare la realizzazione della coibentazione a specialisti del settore.
CTA 2006 Srl
Azienda specializzata nel settore delle Coibentazioni e degli Isolamenti termoacustici di impianti tecnologici industriali e civili. Visita anche il nostro sito www.cta2006.it per maggiori informazioni.
I materiali isolanti e le loro proprietà ignifughe
La protezione dal fuoco negli ambienti pubblici e negli edifici in genere riveste anche per chi opera nel settore delle coibentazioni notevole importanza. Cercheremo di seguito di chiarirne i principali aspetti.
LA REAZIONE AL FUOCO è una proprietà dei materiali, utilizzata per descrivere come si comportano i materiali quando sono assoggettati a un attacco di fuoco. Questa caratteristica viene misurata mediante prove standardizzate, volte a studiare e valutare i seguenti elementi:
- Velocità di rilascio del calore
- Velocità di propagazione delle fiamme
- Velocità di produzione di fumi, gas tossici
- Velocità di produzione di goccioline/particelle incandescenti
La norma europea che regolamenta la “classificazione di reazione al fuoco dei prodotti e degli elementi da costruzione” è la UNI EN 13501-1:2009. I materiali vengono classificati secondo le EUROCLASSI A1,A2,B,C,D,E,F. I materiali classificati A1 e A2 sono incombustibili e quelli da B a F bruciano in ordine crescente.
La classificazione europea prevede anche la classificazione dei fumi (da s1 a s3) e del gocciolamento dei materiali (da d0 a d2).
RESISTENZA AL FUOCO
La resistenza al fuoco è la capacità di una costruzione, di una parte di essa o di un elemento costruttivo di mantenere, per un tempo prefissato.
La marcatura tipica della resistenza al fuoco è la Classe REI
- R– capacità portante. Questo è il tempo minimo durante il quale la struttura è in grado di sopportare il carico a cui è soggetta anche durante l’azione del fuoco.
- E – tenuta – è il tempo minimo durante il quale l’elemento di costruzione, durante l’azione su un lato del fuoco, non rilascia ne produce vapori, fiamme o gas sull’altro lato.
- I – coibentazione – questo è il tempo minimo occorrente perché il lato freddo della struttura raggiunga una determinata temperatura, di norma 140 °. Le classi di resistenza al fuoco sono: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 e 360, ed esprimono il tempo, in minuti primi, durante il quale la resistenza al fuoco deve essere garantita. Per la classificazione degli elementi non portanti (come le canalizzazioni HVAC o le pareti a secco) il criterio R è automaticamente soddisfatto qualora siano soddisfatti i criteri E e I.
La classe di reazione al fuoco di una componente dell’edificio (ad esempio: parete a secco) non dipende dalla specie di lana minerale utilizzata, ma piuttosto dal numero e tipologia di lastra e dalla precisione con cui è stato effettuato il lavoro.