Теплоизоляция воздуховодов

Образование конденсата, безопасность, шум, энергосбережение – таковы критерии, которые следует учитывать при выборе материала для теплоизоляции воздуховодов.

P. Mariani

Теплоизоляция воздуховодов выполняет следующие основные функции:

• Предупреждение образования конденсата как на внутренней, так и на наружной поверхностях воздуховода.

• Обеспечение огнестойкости во избежание распространения огня в случае возгорания.

• Ослабление шума и вибраций, возникающих в процессе движения воздуха по воздуховоду.

• Уменьшение теплопередачи между потоком воздуха в воздуховоде и внешней средой.

Образование конденсата

В воздуховодах, по которым проходит холодный воздух, основная проблема – предотвращение образования конденсата на внешней стороне воздуховода.

Образование конденсата может приводить к коррозионным повреждениям воздуховодов и образованию плесени. Кроме этого, влага может просачиваться в помещение, вызывая при этом повреждения отделки и обстановки. Для предотвращения данного явления необходимо, чтобы температура наружной поверхности воздуховода была не ниже температуры точки росы воздуха помещения, в котором проложен воздуховод. Проблему можно решить, если оборудовать воздуховод теплоизоляцией, которая, наряду с низкой теплопроводностью, обладала бы высоким сопротивлением паропроницанию.

Толщина теплоизоляционного слоя устанавливается с учетом температуры точки росы (которая, в свою очередь, зависит от температуры и влажности воздуха в помещении), разности температур воздуха в воздуховоде и в помещении, теплопроводности изоляции и параметров воздуховода (формы, размера).

Приведенный на рис. 2 график позволяет рассчитать требуемую толщину теплоизоляционного слоя. В отношении влагопоглощения, характеристики лучше у теплоизоляционных материалов с закрытыми порами.

Следует иметь в виду, что с течением времени определенное, хотя и незначительное, влагопоглощение происходит в любых теплоизоляционных материалах, что повышает их теплопроводность.

Материалы с низким сопротивлением паропроницанию следует защищать соответствующим паронепроницаемым покрытием.

Рисунок 1 (подробнее)   Зависимость коэффициента теплопроводности некоторых теплоизоляционных материалов от температуры

Теплоизоляция и противопожарная безопасность

Свойства того или иного материала в отношении противопожарной безопасности определяют его огнестойкость. Существуют шесть классов огнестойкости – от нулевого (негорючий) до пятого – по степени роста пожароопасности. Класс огнестойкости присваивается по результатам испытаний, в ходе которых образец материала подвергается воздействию высокой температуры.

Для организации воздуховодов применяются материалы, имеющие нулевой (0) класс огнестойкости. В случае, если канал имеет многослойную облицовку, допускается класс огнестойкости «ноль-один» (0–1). Данное условие соблюдается, если все поверхности в рабочем режиме состоят из негорючего материала толщиной не менее 0,08 мм и обеспечивают непрерывную защиту внутреннего теплоизоляционного слоя, имеющего класс огнестойкости не выше первого (1). Крепления и соединения, длина которых не более чем пятикратно превышает диаметр самого воздуховода, должны выполняться из материала, имеющего класс огнестойкости «ноль» (0), «ноль-один» (0–1), «один-ноль» (1–0), «один-один» (1–1) или «один» (1). Воздуховоды класса «ноль» (0) имеют наружную обшивку из материала класса огнестойкости не выше первого (1).

Шум

Системы воздухоподготовки и воздухораспределения создают шумы, передающиеся, в том числе, через систему воздуховодов. Шум возникает не только из-за турбулентности воздушного потока, проходящего по воздуховодам, но и от работы вентилятора, в процессе которой создается вибрация и иные акустические эффекты. По воздуховодам шум может распространяться из помещения в помещение. Бороться с шумом можно, если поддерживать небольшую скорость воздуха в воздуховодах, установить демпфирующие устройства в месте присоединения вентилятора к воздуховоду, использовать эластичную подвеску для воздуховодов, а также демпфирующие прокладки в местах пересечения воздуховодами стеновых конструкций. Шум, распространяемый по воздуховодам, может быть ослаблен также применением специальных шумоглушителей и звукоизолирующего покрытия. Многие теплоизоляционные материалы отличаются хорошими звукоизоляционными свойствами и могут использоваться в качестве и тепло-, и звукоизоляции. Таким образом, при выборе теплоизоляционного материала для воздуховода следует учитывать и его акустическую эффективность.

Рисунок 2. Расчет толщины теплоизоляционного материала. Посредством данного графика, построенного на основе двух значений l коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала, можно определить требуемую толщину материала, обеспечивающую предотвращение образования конденсата на поверхности воздуховодов

Энергосбережение

Выбор толщины теплоизоляционного слоя с целью энергосбережения определяется экономическими соображениями. Теплоизоляция, ограничивая теплообмен между воздухом, проходящим по воздуховоду, и внешней средой, в ходе эксплуатации системы вентиляции позволяет получить определенную экономию энергоресурсов. При этом следует учитывать, что теплоизоляция имеет свою стоимость, подлежащую амортизации. Экономическая эффективность здесь определяется разницей между стоимостью сэкономленных за год энергоресурсов и суммой годовых отчислений на амортизацию затрат на устройство теплоизоляции. Оба показателя возрастают при увеличении толщины теплоизоляции, но характер роста различен. Следовательно, наибольшую эффективность можно получить лишь при некоторой определенной толщине теплоизоляции. Эта толщина варьируется в зависимости от типа теплоизоляционного материала и его стоимости. Следует также учитывать, что далеко не всегда имеется возможность использовать толщину, дающую наибольшую экономическую эффективность, как, например, в случае укладки каналов в подвесном потолке, где пространство крайне ограничено.

Для наиболее популярных материалов, применяемых для теплоизоляции воздушных воздуховодов, минимально допустимая толщина, в соответствии с действующими итальянскими нормативными документами, приведена в табл. 2. К воздуховодам типа «А» относятся воздуховоды, проложенные в неотапливаемом пространстве. Воздуховоды типа «Б» – каналы, встроенные в наружные стены внутри теплоизолированных строительных конструкций (в этом случае минимальная допустимая толщина теплоизоляции сокращается до 50 %). Воздуховоды типа «В» – каналы, проложенные в конструкциях, которые не сообщаются ни с наружной средой, ни с неотапливаемыми помещениями (минимальная допустимая толщина теплоизоляции сокращается до 30 %).

Теплоизоляция изнутри или снаружи?

Теплоизоляция воздуховода может выполняться с внутренней или с наружной стороны. В первом случае воздушный поток, проходящий по воздуховоду, непосредственно контактирует с теплоизоляцией. При использовании в качестве теплоизоляции минеральной ваты или стекловаты поверхностные волокна необходимо упрочнить, чтобы со временем они не отслаивались под действием воздушного потока, особенно в случае достаточно высокой его скорости. Для такого упрочнения применяют клеящие вещества, не влияющие на огнестойкость теплоизоляционного покрытия. При этом эти клеящие вещества не должны выделять токсичные газы в случае возгорания.

При использовании теплоизоляции внутри воздуховода необходимо увеличивать сечение воздуховода для сохранения расчетной пропускной способности при заданной скорости движения воздуха. Кроме того, сторона теплоизоляции, соприкасающаяся с потоком воздуха, должна быть достаточно гладкой, чтобы не увеличивать сопротивление при движении воздуха по воздуховоду.

На сегодня задача обеспечения посредством изоляционного материала комбинированной тепло- и звукоизоляции уже не столь актуальна, как раньше, поскольку зачастую проблема шума решается теперь установкой глушителей либо шумоизоляционными мероприятиями непосредственно в источнике звука. В силу этого использование наружной теплоизоляции в настоящее время предпочтительней.

Еще одно немаловажное обстоятельство, связанное с отказом от внутренней теплоизоляции – профилактика возникновения очагов бактерий, образования отложений пыли и грязи, из-за которых теплоизоляционный материал может начать расслаиваться, выделять летучие вещества и терять свои качества.

Кроме этого, при наружной теплоизоляции существенно снижается риск распространения огня из помещения в помещение в случае возгорания.

Установка

Независимо от расположения теплоизоляционного материала, важнейший фактор – предотвращение мостиков холода, снижающих эффективность теплоизоляции, а также обеспечение высокой паростойкости (рис. 3). Мостики холода могут возникать в местах крепления каналов к конструкциям здания.

Эрозии теплоизоляционного материала препятствуют:

• При внутренней теплоизоляции – применению композитных материалов, где теплоизоляция комбинируется с металлическим слоем или пленкой.

• При наружной теплоизоляции – использованию обшивки из неопрена, листовой оцинкованной стали или листового алюминия.

Рисунок 3. Неправильное (А и В) и правильное (Б и Г) соединение секций воздуховодов круглого или прямоугольного сечения в целях предотвращения образования мостиков холода

Характеристики теплоизолирующих материалов

• Коэффициент теплопроводности l, Вт/м • °С, – наиболее важная характеристика теплоизоляционных материалов. Сопротивление теплопередаче можно улучшить, увеличив его толщину либо выбрав материал с более низким коэффициентом теплопроводности. На графике рис. 1 представлено влияние температуры на коэффициент теплопроводности некоторых теплоизоляционных материалов.

• Паропроницаемость: тепло-изоляционный материал может поглощать влагу конденсата. Следует учитывать, что теплопроводность возрастает при увеличении влагосодержания. Влагопоглощению особенно подвержены волокнистые и пористые теплоизоляторы с незакрытыми порами. Такие материалы необходимо защищать соответствующими пароизоляционными покрытиями.

• Акустическая эффективность: шум может распространяться воздушным путем, т. е. звуковые волны проходят по воздуху либо в виде вибрации, создаваемой вентилятором, либо колебаниями воздуха внутри воздушного канала. Звуковые волны передаются через жесткую конструкцию сети воздуховодов и конструкции здания. Часть звуковой энергии излучается во внешнюю среду, часть – преобразуется в тепло в силу эффекта внутреннего демпфирования материала, из которого выполнен канал. От конструкции канала зависит степень затухания шума.

• Стойкость к воздействию биологических реагентов: некоторые материалы могут подвергаться воздействию плесени, насекомых, микроорганизмов, приводящих к их разрушению. Возможно образование субстрата микроорганизмов.

• Предельно допустимая рабочая температура: определяет диапазон устойчивости материала, применяемого в качестве теплоизоляции. Как правило, этот температурный диапазон лежит в пределах от –30 до +60 °С.

• Санитарно-гигиенические показатели: при использовании воздуховодов не должны выделяться токсичные газы, а также любые иные вредные вещества, опасные для жизни и здоровья людей.

Таблица 2 (подробнее) Минимальная допустимая толщина наиболее популярных теплоизоляционных материалов, применяемых для теплоизоляции воздуховодов

Применяемые теплоизоляционные материалы

• Минеральные волокна. Изоляционные материалы из минеральной ваты или стекловаты поставляются в виде формованных жестких и полужестких (трубные секции и панели) элементов либо в виде материала, плотность которого может меняться посредством прессования непосредственно во время укладки, что позволяет придать ему требуемую форму. Войлок поставляется в рулонах. При наружной укладке защищается армированным алюминиевым крафт-листом, при внутренней – слоем стекловолокна с поверхностной пропиткой. Трубные секции используются для наружной облицовки каналов с армированной алюминиевой защитой.

• Пеноэластомеры. Гибкие пеноматериалы с закрытыми порами. Выпускаются в пластинах либо экструдированием с последующей вулканизацией пены. Внешняя сторона гладкая, со стороны разреза – пористая. По огнестойкости относятся к категории самогасимых материалов. Не подвержены действию плесени и микроорганизмов. Имеют высокую степень стойкость к влагопоглощению паропроницанию.

• Производные полимеризации углеводородов (полиуретан, полиэтилен, полистирен, полиизоцианат, поливинилхлорид). Обычно выпускаются в пластинах, блоках, трубных секциях и т. п. Эти материалы представляют собой либо жесткую термопластмассу (полистирен, поливинилхлорид), либо жесткую термозатвердевающую (полиуретан, полиизоцианат), либо гибкий материал (полиэтилен, гибкий полиуретан). Применяются для внутренней укладки. Материал с незакрытыми порами отличается хорошей звукоизоляцией, но имеет недостаток – подвержен действию плесени и микроорганизмов. Материалы с закрытыми порами в силу меньшей пористости предпочтительнее с санитарно-гигиенической точки зрения, но отличаются худшей звукоизоляцией. Пенополиэтилен с закрытыми порами поставляется в пластинах и трубах, он огнестойкий, самогасимый. Высокая гибкость позволяет легко придать ему требуемую форму. Пенополиуретан и пенополиизоцианат с закрытыми или открытыми порами относятся к самогасимым или негорючим материалам. Поставляется в блоках, которые разрезаются на отдельные пластины. Полиуретан также поставляется в виде трубных секций, как правило, в комплекте с облицовочным материалом (ПВХ, полиэтиленом или алюминием), используемым в качестве пароизоляции. Полистирен выпускается в виде поропласта и экструдата, поставляется в блоках, которые разрезаются на пластины требуемой толщины. С определенными добавками является негорючим самогасимым материалом. Поливинилхлорид с закрытыми порами имеет хорошую влагостойкость и относится к категории негорючих.

• Фенольные вспученные смолы. Имеют закрытые поры, огнестойкие, не подвержены действию микроорганизмов. Применяются в основном в холодильных системах.

Перепечатано с сокращениями из журнала «RCI».

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.