Isolant en fibre de verre pour systèmes d’eau réfrigérée
11-08-2023
Les systèmes de refroidissement hydroniques (aussi appelés systèmes d’eau réfrigérée) sont des systèmes d’eau tiède en circuit fermé qui transportent la chaleur loin d’un espace ou d’un processus conditionné, en utilisant de l’eau comme moyen de transfert thermique. Pour refroidir l’eau, ces systèmes utilisent du frigorigène comprimé standard en tube ou serpentin, ou encore un refroidissement par évaporation. L’eau réfrigérée est pompée à travers la tuyauterie du système jusqu’à un échangeur de chaleur/serpentin de refroidissement d’extrémité. La surface du serpentin d'échange de chaleur est refroidie par l'eau réfrigérée.
Dans un échange de chaleur air-air, un ventilateur déplace l’air à travers le serpentin, éliminant ainsi la chaleur de l’air, fournissant de l’air refroidi à l’espace du bâtiment ou au procédé en cours de refroidissement. Dans un processus par eau réfrigérée à échange direct, la chaleur est éliminée par contact direct de l’échangeur de chaleur avec le produit en cours de refroidissement, qu’il s’agisse d’un matériau liquide ou solide.
L’isolation de ces systèmes est importante pour un fonctionnement satisfaisant. L'isolant en fibre de verre présente une longue et fructueuse histoire à titre de matériau d'isolation le plus sélectionné pour les systèmes d'eau réfrigérée. Les zones d'un système de refroidissement à eau réfrigérée qui doivent généralement être isolées sont les têtes et barils refroidisseurs, les pompes, la tuyauterie et les spécialités de tuyauterie. L’isolation de ces composants offre :
- des économies d’énergie égales à une réduction des coûts d’exploitation;
- une réduction de l’utilisation de la machine et de l’usure, ce qui permet de réduire les coûts d’exploitation;
- une efficacité accrue du système, avec pour résultat un niveau de satisfaction des occupant(e)s plus élevé;
- un contrôle de la condensation qui permet une réduction des problèmes induits par l'humidité.
La science de la formation de condensation dans les systèmes mécaniques
Les molécules de vapeur d’eau présentes dans l’atmosphère sont attirées par les surfaces plus froides, où elles se condensent pour former de l’eau liquide. Les molécules de vapeur d’eau plus chaudes perdent de l’énergie à la surface plus froide. Ces molécules d’eau se rassemblent sur la surface froide en quantité suffisante pour former un liquide qui repose sur la surface de toute construction, empêchant ainsi la vapeur d’eau de passer.
Les bases du contrôle de la condensation
Deux paramètres clés dans une installation doivent être respectés pour contrôler la formation de condensation sur les systèmes mécaniques, y compris la tuyauterie, les conduits et l’équipement.
Tout d’abord, la quantité totale d’isolation utilisée doit avoir une résistance suffisante au flux d’énergie thermique pour maintenir une température de surface du système d’isolation plus élevée que le point de rosée atmosphérique, peu importe la température de l’atmosphère, l’humidité relative et le point de rosée (la température à laquelle la condensation se forme).
Deuxièmement, le système d’isolation doit inclure un matériau classé comme retardateur de vapeur, soit un système séparé uniquement destiné à être le retardateur de vapeur, soit un matériau isolant qui présente des propriétés retardatrices de vapeur. Un retardateur de vapeur est un matériau qui résiste à la totalité ou à une quantité importante de pénétration de molécules d’eau sous forme de vapeur. Si le système d’isolation n’offre pas à la fois une conductivité thermique suffisamment faible et une faible perméance à la vapeur d’eau, une condensation pourra toujours se former.
Options de contrôle de la condensation pour conduits et tuyaux
Différentes combinaisons de deux composants clés du système d’isolation, soit l’isolation et le système de finition, peuvent être utilisées pour atteindre l’objectif d’empêcher la formation de condensation sur la surface des systèmes mécaniques isolés.
L’isolant en fibre de verre présente un flux d’énergie thermique variable, selon la densité et l’épaisseur du produit. Un isolant en fibre de verre plus dense et plus mince peut présenter la même valeur d’isolation qu’un isolant en fibre de verre plus épais et moins dense. Les systèmes de finition utilisés pour l’isolant mécanique présentent différents niveaux d'émission, ce qui modifie le débit d’énergie du système. Pour que le système fonctionne parfaitement, les finitions hautement réfléchissantes nécessitent une fibre de verre plus épaisse que les finitions non réfléchissantes. Il s’agit d’une considération importante lors de la sélection des composants du système, en conjonction avec les conditions du site qui pourraient restreindre les sélections.
Inconvénients d’une installation inefficace d’isolant à eau réfrigérée
L'installation inefficace d'un système d'isolation pour eau réfrigérée peut entraîner des impacts négatifs, car ils peuvent :
- endommager des biens matériels, notamment endommager les finitions architecturales et développer l’humidité dans les assemblages de bâtiments, nécessitant des coûts correctifs;
- contribuer à une consommation d’énergie excessive, augmentant les dépenses opérationnelles;
- provoquer une usure excessive de la machinerie, augmentant les frais de réparation;
- entraîner une croissance de la moisissure dans les installations nécessitant des coûts de remédiation;
- doubler les coûts du retrait et du remplacement prématurés des installations d’isolation.
Les clés d’une installation efficace
Quelques détails clés sont à surveiller dans une installation d’isolation pour les systèmes d’eau réfrigérée : l'épaisseur correcte pour les pires combinaisons de températures, d’humidité relative et de mouvement d’air attendues. Souvent, la mauvaise épaisseur est choisie pour une multitude de raisons. Les jonctions et joints longitudinaux, les joints/jonctions bout à bout, l’isolation des raccords, l’isolation des crochets et le scellement à la vapeur sont les caractéristiques les plus courantes d’un système d’isolation qui nécessite une attention particulière. Il est tout aussi important de bien exécuter chacun de ces détails que tous les autres éléments. Les détails concernant l’achèvement des installations qui fourniront un rendement satisfaisant se trouvent dans le GUIDE TO INSULATING CHILLED WATER PIPING SYSTEMS WITH MINERAL FIBER PIPE INSULATION (guide pour l’isolation des systèmes de tuyauterie d’eau réfrigérée avec un isolant pour tuyau en fibre minérale) ou le manuel North American Commercial and Industrial Insulation Standards (normes d’isolation commerciale et industrielle de l’Amérique du Nord).
L’importance du retardateur de vapeur et d’une installation adéquate
La vapeur d’eau trouve les plus petits points d’entrée par le biais des systèmes ou matériaux pare-vapeur compromis. Le système pare-vapeur d’une installation d’isolation est essentiel pour une installation réussie. Comme mentionné précédemment, l’épaisseur d’isolant adéquate combinée à un retardateur de vapeur bien posé fait de l’utilisation de l’isolant en fibre de verre la solution préférée avec l’eau réfrigérée. Le revêtement retardateur de vapeur ASJ de qualité supérieure, maintenant offert sur les produits d’isolant pour tuyaux en fibre de verre Knauf, offre une perméance à la vapeur d’eau de 0,01 perm. Knauf fait référence à ce terme sous le nom de revêtement tout usage (ASJ+), un composite stratifié flexible composé de plusieurs couches généralement constituées de papier d’aluminium, de papier, de pellicule et de renforcements. Le ruban de couvre-joint ASJ+ ou ASJ complète le système de revêtement pour sceller les joints entre les sections d’isolant pour tuyaux.
Des barrages de vapeur ou des joints de vapeur appropriés doivent être installés, y compris toutes les terminaisons. L’isolant du raccord doit être traité avec un retardateur de vapeur dans le cadre de l’application des finitions de protection ou avant celle-ci. Scellez le joint de presse-étoupe et les bords circonférentiels des couvercles de raccord en PVC avec un pare-vapeur en PVC ou un adhésif/solvant à tous les joints. Tout dommage ou vide dans les matériaux du retardateur de vapeur doit être réparé.
Les principes et pratiques s’appliquent au refroidissement des produits et processus industriels
Lorsqu’il est question d’installations avec eau réfrigérée, la plupart des gens pensent aux systèmes de refroidissement de confort CVCA des bâtiments commerciaux. De nombreux procédés industriels utilisent également de l’eau froide pour refroidir le produit ou maintenir une température de procédé. Ces mêmes principes pour une installation d'isolant en fibre de verre gagnante s'appliquent au système d'eau réfrigérée industrielle, ainsi qu'au système d'eau réfrigérée CVCA.
En résumé
L'isolant en fibre de verre constitue la base d'un système très efficace et économique pour isoler toutes sortes de systèmes de refroidissement à eau réfrigérée. Suivre de bonnes pratiques d’installation, notamment en ce qui concerne les caractéristiques du pare-vapeur, est la clé du succès, des systèmes en fibre de verre correctement spécifiés et installés ayant été utilisés pendant de nombreuses années pour les systèmes d’eau réfrigérée. L’isolant pour tuyaux Earthwool 1000°F de Knauf, ASJ+/SSL+ avec ECOSE et l’isolant pour tuyaux et réservoirs Knauf avec ECOSE offrent une performance fiable et un haut niveau de durabilité pour le refroidissement à l’eau réfrigérée lorsqu’ils sont entièrement et complètement terminés.
Ressources supplémentaires de l’industrie :
Midwest Insulation Contractors Association
Manuel North American Commercial and Industrial Insulation Standards
North American Insulation Manufacturers Association
GUIDE TO INSULATING CHILLED WATER PIPING SYSTEMS WITH MINERAL FIBER PIPE INSULATION
American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers (Société américaine des ingénieurs en chauffage, en réfrigération et en climatisation, ASHRAE)
Handbook of Fundamentals
ASTM International
Standard Guide for Industrial Thermal Insulation