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Home Energy Magazine Online July/August 1998
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| Lawrence Berkeley National Lab ha testato oltre una dozzina di tipi di nastro adesivo. Ci sono diverse qualità–Economy, Utility, General Purpose, Contractors, Industrial, Professional, Premium e persino Nucleare. Tuttavia, i test accelerati mostrano che il nastro con supporto in tessuto e adesivo in gomma, da solo, tende a cadere, come mostrato qui. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tanti sigillanti, tanti fallimentiIl nastro da imballaggio ha un sottile, tipicamente chiaro, supporto in poliestere e un adesivo acrilico. La sua resistenza alla trazione è solitamente bassa, a meno che non sia rinforzato con fibre. Il nastro da imballaggio è spesso usato sui sistemi di condotti assemblati in fabbrica. Ci sono molti tipi di nastro che potrebbero essere chiamati nastro da imballaggio, ma noi usiamo il termine per indicare solo quei nastri che sono destinati all’uso sui condotti. La maggior parte dei nastri di sigillatura e di reggiatura del cartone non sono destinati all’uso sui condotti. Il nastro di foglio ha un supporto di foglio e un adesivo acrilico o di gomma. I nastri di foglio sono spesso usati su sistemi di condotti rigidi come il ductboard. Il nastro butilico ha anche un supporto di foglio, ma usa un adesivo butilico spesso (da 15 a 50-mil) per permettergli di conformarsi a forme più irregolari. Il mastice è un adesivo appiccicoso che viene applicato bagnato. Riempie gli spazi vuoti e si asciuga fino a diventare un solido morbido. La plastica può o non può contenere fibre di rinforzo, e può essere usata con un nastro di rete di rinforzo. Il sigillante per aerosol è un polimero vinilico appiccicoso che viene applicato alle perdite internamente. Viene pompato attraverso il sistema di condotti, dove attraversa le perdite e si asciuga (vedi Not Your Daddy’s Duct Sealing Method, Jan/Feb ’98, p. 44). Tutti i prodotti che abbiamo testato erano destinati all’uso su condotti, e nessuno aveva una temperatura nominale inferiore a 200°F.
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| L’impianto di invecchiamento accelerato simula condizioni realistiche facendo funzionare l’aria a circa 100 Pascal. Ogni campione di condotto contiene un giunto difficile da sigillare: un condotto in lamiera giuntato a dito che unisce una transizione a gradini, tipica di come i condotti si uniscono ai plenum. Diversi sigillanti per condotti hanno longevità molto diverse in queste condizioni. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Questo nastro trasparente, che gli autori chiamano nastro da imballaggio, ha dimostrato di avere più longevità del nastro per condotti. Tuttavia, non è molto forte. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Il nastro per condotti può formare una buona tenuta. Ma nelle difficili condizioni dell’impianto di invecchiamento, si rompe rapidamente. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Il mastice si è comportato molto bene nell’impianto di invecchiamento, senza un notevole aumento delle perdite nel tempo. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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La maggior parte delle perdite dei condotti potrebbe essere prevenuta con una sigillatura adeguata. Ma gli esami sul campo spesso trovano che le guarnizioni falliscono nel tempo. Per fornire dati di laboratorio su quali sigillanti e nastri durano, e quali sono suscettibili di fallire, stiamo conducendo test accelerati in corso al Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).
La conclusione principale che possiamo trarre finora è che si può usare qualsiasi cosa tranne il nastro per condotti – se definiamo nastro per condotti il nastro in tessuto con adesivo in gomma – per sigillare i condotti. In condizioni difficili (ma realistiche), i nastri per condotti falliscono. Altri tipi di nastro e altri metodi di sigillatura hanno una buona longevità se installati correttamente (vedi Così tanti sigillanti, così tanti fallimenti). I test hanno anche dimostrato che i nastri non devono essere forti per avere una buona longevità, e che nessuna delle varie classificazioni, incluse quelle degli Underwriters’ Laboratories (UL), affronta la longevità del sigillante in condizioni realistiche. Le squadre sul campo non amano i mastici perché tendono ad essere disordinati. I nastri della stagnola sono usati su ductboard, ma il nastro del condotto è più popolare sui materiali più comuni del condotto – condotto flessibile e metallo. Ogni sigillante ha i suoi vantaggi e svantaggi, ma con un’applicazione ragionevolmente attenta, ognuno di loro può sigillare bene–inzialmente.
La longevità è un’altra storia. Oggi si dice che le case sono progettate per durare 30 anni. I sistemi di condotti flessibili sono spesso valutati per una vita di 15 anni. Le guarnizioni dei condotti dovrebbero durare almeno altrettanto a lungo. Ma sembra che le proprietà fisiche di alcuni dei sigillanti possano far fallire le guarnizioni entro pochi anni.
Mentre alcuni sigillanti sono classificati UL, nessuna valutazione UL si occupa della longevità (vedi Standard per i sigillanti). Se le persone che scelgono i sigillanti per condotti avessero valutazioni relative alla longevità, potrebbero prendere una decisione più informata.
Tre impianti di provaAbbiamo sviluppato tre procedure di prova – cottura, ciclaggio e invecchiamento – per sollecitare i giunti standard dei condotti e i loro sigillanti in diverse condizioni ambientali. Il test di cottura utilizza solo un semplice forno. L’apparecchio per il ciclaggio è stato finanziato più di tre anni fa dalla U.S. Environmental Protection Agency per misurare la longevità del sigillante per condotti aerosol in condizioni accelerate. L’apparato di invecchiamento è stato costruito l’anno scorso con il finanziamento del California Institute for Energy Efficiency. In questi banchi di prova, misuriamo periodicamente le perdite dei condotti. Dichiariamo che un sigillante ha fallito quando perde più del 10% dell’aria che il giunto perdeva prima di essere sigillato. Questi test misurano la resistenza del sigillante di fronte ad ambienti difficili, ma non affrontano i problemi di installazione.
Il test di cottura è il più semplice. Costruiamo un giunto a dito di transizione a gradini metallo-metallo di un condotto standard di lamiera da 4 pollici, e sosteniamo il condotto con supporti meccanici indipendenti. Questo è uno dei giunti più difficili da sigillare. Alcuni standard richiedono un morsetto sopra il nastro per condotti alle connessioni flex-to-collar, ma non c’è modo di applicare un morsetto sopra il nastro o il sigillante a una transizione a gradini, come il giunto duct-to-plenum. Applichiamo il sigillante al giunto, seguendo le istruzioni del produttore del sigillante, se applicabile. Poi mettiamo la sezione del condotto in un forno impostato alla temperatura di una soffitta calda o dell’aria di alimentazione del sistema di riscaldamento, nell’intervallo di 140°F-180°F. Le temperature sono mantenute sotto i 200°F perché alcuni nastri sono classificati a quella temperatura. La perdita del condotto viene misurata prima della cottura e a vari intervalli durante la cottura. Quando testiamo la perdita, guardiamo anche il sigillante e notiamo i fallimenti evidenti. Le sezioni sono cotte fino a 4 mesi.
Nel test ciclico, aggiungiamo cambiamenti di temperatura e pressione. Soffiamo aria calda e ambiente attraverso il condotto a pressioni comprese tra la pressione dell’aria ambiente e 200 Pascal (Pa) per simulare i cicli HVAC. Questo test ha i suoi limiti. I cicli richiedono molto tempo – 20 minuti – a causa della necessità di riscaldare e raffreddare il condotto. E l’apparato ciclico non può sottoporre il campione di prova alle temperature fredde che ci si potrebbe aspettare in inverno o anche nei condotti di alimentazione dell’aria condizionata.
Solo il sigillante aerosol è stato sottoposto al test ciclico. Alcune perdite sigillate con aerosol sono state sigillate più di due anni fa e da allora sono state sottoposte a cicli tra aria calda e aria ambiente ogni 20 minuti. Non c’è stato alcun cambiamento significativo nella tenuta del condotto.
Il test di invecchiamento è stato progettato per superare le limitazioni dell’apparato di ciclaggio e può essere un prototipo utile per condurre test standardizzati sulla longevità del sigillante del condotto. L’impianto di prova ha una fonte di aria calda e una fonte di aria fredda (vedi Figura 1). Le sezioni del condotto nell’impianto hanno aria calda che le attraversa per cinque minuti, seguita da aria fredda per cinque minuti. Abbiamo testato 19 nastri e sigillanti nel dispositivo di invecchiamento.
Un’ampia gamma di prodotti sostiene di essere adatta alla sigillatura dei condotti, ma spesso c’è poco nelle specifiche o nella letteratura del prodotto per differenziarli. Per esempio, uno dei maggiori produttori elenca 16 diversi nastri per condotti, disponibili in una gamma di colori, e 8 nastri in lamina. Alcuni hanno i codici prodotto stampati sul nastro, altri hanno i codici stampati sul mozzo, e alcuni non hanno alcun codice prodotto. Tutti i nastri per condotti sono classificati dallo standard UL 723, Test per le caratteristiche di combustione superficiale dei materiali da costruzione, ma solo alcuni di quelli in lamina metallica sono così classificati. Alcuni nastri sono etichettati come Code Approved da BOCA, ma un nastro con quasi le stesse caratteristiche di quelli Code Approved non indica che è Code Approved.
Tutti i prodotti che abbiamo testato sono venduti per l’uso su condotti HVAC. Diverse aziende hanno recentemente presentato i nastri UL 181B-FX (vedi definizioni in Standard per sigillanti), che sono approvati da UL per l’uso su sistemi di condotti flessibili quando installati con morsetti metallici sopra il nastro. In generale, questi non sono ancora elencati nei cataloghi dei prodotti. Mentre non abbiamo indagato i mastici in modo così approfondito come i nastri, sembra che ci siano meno gradi di mastice. Pochi mastici sono attualmente approvati dalla UL 181B, anche se molti sono approvati dalla UL 181A. Questa situazione potrebbe cambiare in futuro.
Quando abbiamo iniziato gli esperimenti di invecchiamento, ci aspettavamo che ci volessero settimane per iniziare a vedere la degradazione delle prestazioni. Siamo stati sorpresi di trovare alcuni nastri per condotti che fallivano nel giro di pochi giorni. La maggior parte è fallita in modo catastrofico piuttosto che gradualmente. Questo ci ha reso meno necessario usare criteri numerici arbitrari nel decidere che un campione era fallito. Fallimenti rapidi si sono verificati solo per i nastri per condotti in tessuto con adesivi in gomma.
Dei 19 campioni che abbiamo invecchiato e 13 campioni che abbiamo cotto, molti sono falliti; otto sono ancora in funzione. Gli unici condotti che hanno avuto perdite sono stati sigillati con nastro adesivo (vedi tabella 1). La maggior parte di essi ha mostrato segni visibili di cedimento entro circa tre giorni dall’inizio del test. I test non ci danno alcuna indicazione del tempo di rottura nel mondo reale. Ma ci permettono di vedere quali sigillanti durano relativamente meglio di altri.
Nel test di cottura, solo i nastri con adesivi a base di gomma hanno mostrato degrado. I nastri per condotti tendono ad avere più perdite degli altri nastri. Alcuni si avvicinano al fallimento anche nel test di invecchiamento. Gli altri sigillanti perdono tutti meno del 2% del flusso non sigillato.
Dopo che i campioni di prova hanno trascorso tre giorni nei banchi di prova, abbiamo misurato le loro perdite nei giunti. I nastri per condotti avevano il 10%-20% della perdita non sigillata. Il nastro di qualità superiore aveva fallito completamente, cadendo dalla sezione di prova. Tale fallimento completo era dovuto alla delaminazione – la separazione del supporto in tessuto dall’adesivo. Gli altri nastri falliti avevano appena iniziato a delaminare. Crediamo che a temperature elevate, gli adesivi a base di gomma nei nastri per condotti cambino le loro proprietà e tendano a separarsi o dal supporto in tessuto o dalla superficie. Abbiamo provato un secondo campione del nastro di qualità superiore; è durato circa sette giorni prima di cedere completamente. I nastri con supporto metallico e adesivo acrilico, l’aerosol e il mastice non hanno mostrato segni visibili o misurabili di degradazione dopo due settimane di test.
Anche se il nostro criterio di fallimento era del 10%, abbiamo continuato a monitorare la maggior parte dei campioni fino a quando la loro perdita era più del 50% del flusso non sigillato. Nella maggior parte di questi, le perdite hanno continuato ad aumentare rapidamente, spesso finendo con un fallimento catastrofico.
Un’ispezione visiva delle sezioni di condotto cotte ha rivelato che nella maggior parte dei campioni di nastro per condotti, l’adesivo di gomma aveva cambiato proprietà e il nastro si era delaminato. Alcuni campioni sembravano aver cotto in modo tale da mantenere la loro tenuta. Tuttavia, l’adesivo si è cotto senza che la pressione dell’aria delle perdite spingesse contro il nastro; tale permanenza è improbabile sul campo.
Nel test di invecchiamento, abbiamo occasionalmente visto alcuni nastri per condotti iniziare a separarsi dal condotto e poi essere risigillati quando un pezzo di nastro sovrapposto si è rotto in modo tale da tappare la prima perdita, lasciando una bolla. Abbiamo osservato questo stesso fenomeno sul campo. Questo comportamento può spiegare perché alcuni nastri per condotti durano più a lungo; non lo abbiamo osservato su nessun altro tipo di sigillante. Consideriamo inaccettabile un tale cedimento e risigillatura, ma non abbiamo bocciato i campioni su questa base.
Sembra esserci poca differenza nelle prestazioni tra i nastri per condotti, rispetto alla differenza tra il nastro per condotti e gli altri sigillanti. Diversi gradi di nastro per condotti hanno diverse forze, ma le differenze non influenzano la longevità.
Scarico di caloreAnche se i nostri test non possono differenziare tra i mastici e il sigillante aerosol, i dati mostrano che il nastro per condotti non è un buon sigillante per l’uso in condotti che operano a temperature molto superiori a quella ambiente. Crediamo che questo sia dovuto all’adesivo di gomma, ma non possiamo dirlo con certezza. Per la maggior parte, il supporto in tessuto e gli adesivi in gomma vanno di pari passo. Gli altri prodotti sigillanti non hanno dimostrato nessuna delle modalità di fallimento che abbiamo visto nei nastri per condotti.
Ci sono alcuni prodotti che usano adesivi di gomma con un supporto che non è fatto di tessuto. Abbiamo intenzione di testare questi prodotti in futuro. Anche se l’attuale raccolto di nastri per condotti non supera i nostri test di longevità, non c’è ragione di credere che l’adesivo non possa essere riformulato per lavorare meglio alle temperature più alte trovate nelle soffitte o nei sistemi di riscaldamento.
Abbiamo trovato che il nastro chiaro, non rinforzato con supporto in plastica – che chiamiamo nastro da imballaggio – si mantiene bene. Almeno una versione di questo nastro è stata classificata UL 181B-FX ed è disponibile in commercio. Abbiamo testato la versione classificata UL per più di un mese e la versione non classificata per più di tre mesi, e non ci sono perdite significative.
Sono ora disponibili prodotti a nastro con classificazione 181B-FX. Il minerale che abbiamo testato ha retto bene per un mese nell’impianto di invecchiamento.
Il nastro da imballaggio ha una bassa resistenza alla trazione. Poiché lo scopo di un sigillante per condotti è solo quello di ridurre le perdite, non abbiamo testato la resistenza. Alcuni utenti sul campo non amano usare nastri più deboli, forse perché amano appendere i condotti con il nastro, ma i sistemi di condotti non dovrebbero essere supportati meccanicamente dai sigillanti.
Questioni di installazioneI nostri test si sono concentrati sulle proprietà dei sigillanti stessi. Ci siamo assicurati di ottenere buone sigillature iniziali per la nostra sezione di test seguendo le buone pratiche e le istruzioni del produttore. Per esempio, la sezione di prova era pulita e asciutta. Abbiamo applicato il sigillante con cura meticolosa, e abbiamo controllato la buona tenuta prima di iniziare qualsiasi test.
In una normale applicazione, tale cura non è pratica. L’accesso ai condotti può essere limitato e i condotti possono essere sporchi. Questi problemi rendono difficile l’installazione dei nastri. Così alcuni lavori con i nastri possono funzionare male perché sono stati installati male, non a causa di un difetto intrinseco del nastro. L’esperienza sul campo mostra che la plastica e il sigillante aerosol spesso sigillano meglio del nastro in luoghi sporchi o inaccessibili.
La migliore scelta del sigillante per condotti varia in base al clima, al tipo di costruzione e all’esperienza locale. La nostra raccomandazione? Considerare i problemi di installazione, ma usare tutto tranne il nastro per condotti.
Per una descrizione più dettagliata dell’apparecchiatura di prova stessa e del protocollo di prova, fare riferimento al rapporto del progetto, Leakage Diagnostics, Sealant Longevity, Sizing and Technology Transfer in Residential Thermal Distribution Systems, Lawrence Berkeley National Laboratory Report No. 41118. Tel:(510)486-4022; sito web: www.lbl.gov.
FIgura 1. Schema non in scala. Le aree grigio scuro sono riempite con aria calda, le aree grigio chiaro sono riempite con aria fredda.
Standard per i sigillanti
La maggior parte dei nastri etichettati 181B-FX sono nastri per condotti. Altri prodotti 181B sono appena arrivati sul mercato
UL 181A e 181B sembrano fare un buon lavoro di test per la sicurezza, la resistenza alla trazione e l’adesione iniziale. Tuttavia, potrebbero non fare un buon lavoro nel valutare quanto bene i sigillanti sigillano le perdite tipiche dei condotti o quanto bene rimangono sigillati in condizioni normali.
Abbiamo trovato che non c’è correlazione tra la longevità del sigillante e la lista UL. Tra i nastri per condotti, quelli classificati UL 181B hanno avuto prestazioni migliori. La maggior parte dei campioni di nastro per condotti ha fallito entro una settimana nel test di invecchiamento, ma due campioni classificati UL e uno non classificato UL hanno resistito per oltre un mese. Tuttavia, anche i nastri per condotti classificati UL hanno avuto prestazioni molto peggiori di qualsiasi altro sigillante.
Questa mancanza di correlazione non dovrebbe essere sorprendente. Molti dei componenti dei test UL riguardano la resistenza e la sicurezza antincendio, e nessuno di questi elementi è presente nei nostri test. Infatti, alcuni sigillanti con una buona longevità, come il nastro butilico, possono avere difficoltà a passare l’UL 181B. Molti nastri, compresi tutti i nastri per condotti che abbiamo testato, sono elencati nell’UL 723 per la sicurezza antincendio.
Anche se i test UL riguardano principalmente la sicurezza, si potrebbe supporre che i test determinino anche quali nastri soddisfano il loro compito primario di sigillare le perdite. Tuttavia, i test UL sono limitati da alcune condizioni irrealistiche:
- Nel 181B, i nastri per condotti hanno un morsetto sul giunto.
- Nel test di adesione a taglio, il nastro non ha carico per 60 giorni a 150°F (66°C), ed è poi testato a 73°F (23°C) per 24 ore. Anche allora, il nastro può staccarsi dal condotto di 1/8 di pollice. A questo ritmo, può staccarsi in appena due giorni e passare lo stesso.
- Il test ad alta temperatura cuoce il nastro per 60 giorni a 212°F (100°C), ma il nastro viene valutato solo tramite ispezione visiva, senza testare l’adesione.
- Il test di gelo-disgelo del mastice è fatto con il mastice ancora nel suo contenitore, a meno che il contenitore non dica di prevenire il congelamento.
- Le superfici su cui il nastro o il mastice sono applicati sono tutte pulite (il nostro impianto condivide questa limitazione).
- Non ci sono cicli di temperatura o pressione nei test di adesione nel 181B. 181A ha cicli di pressione a temperature fisse di 165°F (74°C), 90°F (32°C) e 0°F (-18°C), ma nessun ciclo di temperatura.
Chi usa i morsetti? Una delle maggiori differenze tra il test UL e il nostro test di longevità è che per il test del nastro adesivo in tessuto, UL richiede un morsetto sul giunto. Per incoraggiare i morsetti nella pratica, UL richiede che un sistema di condotti per essere approvato da UL, deve avere morsetti sul giunto, e i produttori di condotti flessibili elencati da UL devono includere la necessità di morsetti nelle loro istruzioni. Abbiamo osservato che le giunture nastrate del rivestimento dei condotti flessibili possono talvolta essere tenute in posizione da reggette, ma non abbiamo mai visto morsetti sul tipo di giuntura da condotto a plenum che abbiamo testato. Inoltre, quando abbiamo acquistato i nastri in tessuto, non abbiamo ricevuto istruzioni o linee guida per fare tale serraggio. Quindi, i nostri giunti sono stati testati in condizioni diverse da quelle dei test UL, ma le nostre condizioni rappresentano meglio la costruzione reale.
Indubbiamente, il serraggio avrebbe migliorato le prestazioni dei nastri UL 181B-FX. Avrebbe anche migliorato le prestazioni dei nastri non classificati. Tuttavia, altri sigillanti possono avere prestazioni accettabili senza il serraggio, e la difficoltà e il tempo che richiede il serraggio rendono improbabile che diventi prevalente.
UL è ancora utileDal punto di vista della longevità del sigillante, non daremmo alcuna preferenza ai nastri classificati UL, ma altre questioni possono rendere desiderabili i nastri classificati UL. E i regolamenti edilizi locali, se fanno riferimento al Southern Building Code o allo Standard Mechanical Code, li richiedono.
Max Sherman e Iain Walker sono scienziati dello staff dell’Energy Performance of Buildings Group al Lawrence Berkeley National Laboratory di Berkeley, California.
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