Bien isoler les tuyaux de refroidissement

Evitez les pertes d'energie et la condensation

Il est très important d'isoler correctement les tuyaux d'un système de refroidissement. Sinon, vous risquez des pertes d'énergie allant jusqu'à 80% et vous augmentez le risque de corrosion due à la condensation. Pour éviter ça, il est nécessaire de choisir l'isolant adéquat et de l'appliquer de manière professionnelle.

POURQUOI ISOLER?

La tuyauterie est un élément essentiel d'un système de refroidissement. Elle peut être divisée en un circuit primaire (entre l'évaporateur, le compresseur et le condenseur) et un circuit secondaire (qui assure la distribution du froid et transporte les liquides et l'air vers l'espace ou le processus à refroidir). Si ces tuyaux sont installés sans protection, des facteurs environnementaux peuvent affecter les conduites ainsi que le réfrigérant (gaz/liquide) qu'elles contiennent. Les tuyaux de refroidissement sont isolés pour:

• limiter les pertes d'énergie: afin que les conduites de refroidissement absorbent le moins de chaleur possible de l'extérieur et que le réfrigérant ne chauffe pas (ce qui obligerait le système à travailler davantage pour le maintenir à la bonne température). Cependant, il est possible de perdre un peu de W/m à travers les tuyaux de refroidissement. Même de faibles pertes d'énergie (p.ex. 5 W/m), dues à une épaisseur d'isolation insuffisante, peuvent entraîner des pertes financières importantes dans des installations avec de grandes longueurs de tuyaux. Si un tuyau fait 100 mètres de long, on a une perte de 5 W/m x 100 m = 500 watts perdus par heure et 12 kWh par jour. En d'autres termes, une perte de 3 euros par jour, soit 1.095 euros par an;
• prévenir la corrosion des tuyaux: de la condensation peut se déposer sur les tuyaux froids qui entrent en contact avec de l'air plus chaud. Ces gouttelettes d'eau peuvent endommager le métal (du cuivre ou de l'acier) et entraîner de la corrosion;
• garantir le bon fonctionnement de l'installation: par exemple, dans le circuit primaire, une isolation correcte de la tuyauterie entre l'évaporateur et le compresseur est nécessaire afin d'éviter une forte augmentation du volume spécifique des gaz aspirés.

QUOI ISOLER?

Il faut isoler tous les tuyaux d'un système de refroidissement (circuit primaire et secondaire). Mais il ne suffit pas d'isoler les tuyaux. Il faut à tout prix éviter les ponts thermiques (qui entraînent des pertes d'énergie et de la condensation). Les colliers de suspension, robinets, coudes, tés, brides, points de mesure, échangeurs de chaleur et vases d'expansion doivent également être isolés. En fait, toutes les parties en contact avec le circuit doivent être protégées. Si vous n'isolez pas un robinet ou une bride, la perte d'énergie équivaut à ne pas isoler un mètre de tuyau.

SORTES D'ISOLANT

Comment reconnaître un bon matériau isolant pour les tuyaux de refroidissement?:

• C'est un mauvais conducteur de chaleur. Il a donc la conductivité thermique la plus faible possible (exprimée par la valeur λ (W/m.K); plus la valeur lambda (= conductivité
  thermique) est faible, plus le matériau est isolant);
• Il résiste à la vapeur d'eau (exprimée en valeur µ; plus cette valeur est élevée, mieux le matériau résiste à la vapeur d'eau). Si de la condensation apparaît, celle-ci ne doit pas pénétrer dans le matériau isolant sinon l'isolation perd sa valeur isolante et il y a un risque de corrosion.
• Il est flexible (c'est indispensable pour isoler des coudes, brides, etc.);
• Il résiste aux basses températures;
• Il résiste aux UV (c'est important si les tuyaux doivent être installés à l'extérieur);
• Ils offrent une bonne isolation acoustique (le compresseur produit du bruit et des vibrations qui sont transmises aux tuyaux, c'est un plus si l'isolation atténue ce bruit).

C'est le caoutchouc le plus utilisé

Les matériaux isolants les plus couramment utilisés dans le cadre de la technique de froid sont le caoutchouc et le polyéthylène. Tous deux ont une faible conductivité thermique et une haute résistance à la vapeur d'eau. 

• Le caoutchouc (élastomère) est le plus souvent utilisé. Il existe deux types de caoutchouc: le NBR (caoutchouc nitrile butadiène) et l'EPDM, plus cher. Tous deux sont résistants aux basses températures (en standard jusqu'à -50 °C et encore plus bas dans des conditions spécifiques) et étanches à la vapeur grâce à leur structure à cellules fermées. L'EPDM a une température d'utilisation plus élevée et résiste aux UV. Le NBR est plus isolant et a une meilleure réaction au feu. Un avantage important du caoutchouc est sa grande flexibilité.
• Le polyéthylène est beaucoup plus rigide pour réaliser des coudes, etc. et se trouve généralement autour de tuyaux en cuivre pré-isolés (le matériau isolant principalement utilisé pour les petits diamètres jusqu'à 20 mm). De plus, le polyéthylène est moins résistant aux températures négatives (jusqu'à environ -15 °C).

Le verre cellulaire est une bonne alternative pour isoler des tuyaux soumis à des températures extrêmement négatives (-80 °C et moins). La laine minérale est rarement utilisée dans la pratique. Ce matériau est naturellement perméable à la vapeur d'eau (il doit donc toujours être revêtu) et il n'est pas très pratique pour isoler les coudes, etc.

CHOISIR L'ISOLANT ADEQUAT

Quelles sont les conditions à remplir?

Avant de choisir l'isolant, tenez compte:

• de la réglementation locale
• des exigences en matière de sécurité incendie (par exemple, si les tuyaux sont situés dans la zone des issues de secours, ils doivent avoir une certaine résistance au feu);
• de l'accessibilité des tuyaux et l'espace disponible (peut-on appliquer l'épaisseur d'isolation souhaitée?);
• de l'environnement des conduites (par exemple intérieur, extérieur, environnement agressif – par exemple impact d'huiles ou de graisses);
• des certifications de construction souhaitées (par exemple, faut-il un matériau isolant à faible empreinte CO2?)

Le choix de l'isolant

Par défaut, l'épaisseur de l'isolant est déterminée en fonction: 

• du diamètre nominal du tuyau;
• de la température du réfrigérant dans le tuyau;
• de la performance thermique du matériau isolant (valeur lambda)..

Les épaisseurs d'isolation recommandées sont fixées par le législateur dans des tableaux ainsi que dans le règlement PEB relatif à la climatisation, qui définit l'isolation thermique des conduites de distribution de froid et des accessoires. Selon la réglementation PEB, par exemple, une conduite d'eau de refroidissement d'un diamètre de DN 50 et dimensionnée pour un régime de 7/12 °C (≤ 15 °C) doit être isolée avec une épaisseur minimale de 14 mm si le matériau isolant a une conductivité thermique de 0,035 W/m.K.

DETERMINER LA BONNE EPAISSEUR DE L'ISOLANT?

En standard, l'épaisseur de l'isolant est déterminée en fonction:

• du diamètre nominal du tuyau;
• de la température du réfrigérant dans le tuyau;
• de la performance thermique de l'isolant (ou valeur lambda).

Mais calculez aussi le point de rosée en tenant compte:

• de la température ambiante;
• de l'humidité relative dans l'environnement.

Calculer le point de rosée

Pour déterminer l'isolant adéquat, il faut aussi tenir compte de plusieurs facteurs supplémentaires:

• la température ambiante;
• l'humidité relative dans l'environnement.

Le point de rosée peut être calculé en fonction de la température et de l'humidité relative. C'est la température à laquelle l'air est saturé de vapeur d'eau. Cette vapeur d'eau se dépose sur des surfaces dont la température est inférieure au point de rosée, ce qui crée de la condensation. Il faut donc éviter que la température à la surface de l'isolant ne descende en dessous du point de rosée. Pour cela, on peut augmenter l'épaisseur de l'isolant (une isolation plus épaisse signifie que la surface de l'isolant est moins froide en raison de la conduite froide). Afin d'éviter la corrosion, il faut déterminer la température exacte du point de rosée dès la phase de planification afin de pouvoir choisir l'épaisseur correcte pour l'isolant.

L'épaisseur de l'isolant peut être calculée manuellement mais il existe de nombreux outils numériques (proposés par des fabricants d'isolant). Notez que pour calculer l'épaisseur d'isolant idéale, ces outils ont besoin du diamètre du tuyau, de la température du réfrigérant, de la valeur lambda de l'isolant, de la température ambiante et de l'humidité relative. En outre, ils tiennent compte de la législation en vigueur.

APPLIQUER L'ISOLANT

Préformé ou découpé sur mesure?

Il existe des tapis d'isolation et des manchons d'isolation préformés pour isoler les tuyaux..

• Les manchons d'isolation préformés sont plus chers à l'achat mais ils permettent de gagner du temps. Ils sont soit découpés et collés sur place, soit déjà incisés et munis d'une bande auto-adhésive (recouverte d'un film protecteur qui est enlevé lors du collage). Ces manchons peuvent être utilisés pour isoler non seulement les sections droites et les coudes, mais aussi les branches en T, les réducteurs et les vannes d'arrêt, moyennant quelques travaux de découpe. Des inserts isolants sont disponibles pour les colliers de suspension standard. 
• La gaine isolante pour les diamètres exceptionnels, les robinets, les brides, les points de mesure, les échangeurs de chaleur et les vases d'expansion est généralement découpée dans un tapis d'isolation. Cela se fait entièrement sur mesure et implique un peu de technique. Veillez à ce que ce soit fait correctement car ce sont précisément les accessoires tels que les robinets, les pompes, les brides, les filtres, etc ... qui sont les plus sensibles à la condensation et aux pertes d'énergie lorsque l'isolant est mal traité et installé. On découpe des formes dans le tapis avec une latte, un compas, un gabarit de découpe et un cutter. Pour des applications spécifiques telles que l'isolation d'une dérivation en T, un adaptateur entre deux tuyaux, des vannes d'arrêt, des brides et des réservoirs, il existe des manuels de montage dans lesquels le fabricant explique étape par étape comment découper l'isolant correctement.

Collage

Les parties d'isolant sont assemblées avec de la colle. La colle utilisée à cet effet est spécifique au produit et conçue de manière à ce que les éléments assemblés vulcanisent (fusionnent). Afin d'éviter les ponts thermiques, il faut toujours réaliser un collage correct. Une étanchéité optimale des joints ne peut être obtenue que par un collage correct. En effet, l'adhérence principale est obtenue par l'adhérence de la mousse sur la mousse. Pour coller les assemblages, on les comprime fortement. Un ruban adhésif peut être appliqué sur les joints en guise de finition, mais ce n'est pas très efficace si l'adhérence initiale n'a pas été faite correctement. L'application de ruban adhésif sur les joints est donc superflue. Dans la pratique, elle masque souvent une absence de collage ou un collage négligé.

Quelques points d'attention:

• Ne jamais isoler les installations lorsqu'elles sont en service;
• Les tuyaux à isoler doivent toujours être à température ambiante pour assurer une bonne adhérence de l'adhésif;
• Commencez l'installation au moins 36 heures après le collage pour être sûr que l'adhésif est complètement sec;
• La surface de l'isolant doit être propre, sèche, exempte de poussière et de graisse;
• Afin d'assurer une bonne adhérence, il est nécessaire que les surfaces à assembler soient uniformes. Utilisez donc un couteau très tranchant pour couper l'isolant;
• Ne pas arracher l'isolant avec force ni le plier trop fort (sinon il sera abîmé ou comprimé alors l'épaisseur d'isolant nécessaire ne sera pas atteinte et des problèmes de condensation pourraient survenir);
• Il est recommandé de faire des coudes segmentés dans les virages.
• Ø ≥ 400 mm: collage sur la face inférieure des tubes (évite l'affaissement de l'isolation)
• Ø ≥ 600 mm: coller les surfaces pleines sur toute la surface du tube

Revêtement

Afin de protéger le matériau isolant contre certains facteurs environnementaux (par ex. un environnement agressif ou le vent et les intempéries), on peut le doter d'une couche de finition. Il existe des produits d'isolation revêtus en usine avec un aspect aluminium, sous forme de tuyaux et de plaques en rouleaux. Dans certains cas spécifiques, où une protection mécanique supplémentaire est nécessaire, les tuyaux isolés peuvent être parachevés avec des tôles préformées en aluminium ou en acier inoxydable. 