8. Θερμομονωτικά υλικά Νίκος Κ. Μπάρκας

Παρουσίαση με θέμα: "8. Θερμομονωτικά υλικά Νίκος Κ. Μπάρκας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 8. Θερμομονωτικά υλικά Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr
ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Δ.Π.Θ. ΤΜΗΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ II εισαγωγή στον βιοκλιματικό σχεδιασμό 8. Θερμομονωτικά υλικά Διδάσκοντες Ρίκα Δεληγιαννίδου Νίκος Κ. Μπάρκας Οι σημειώσεις βρίσκονται αναρτημένες στην ιστοσελίδα : http : // eclass.duth.gr ΤΜD100

2 ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ (ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ : σε χώρες όπως η Ελλάδα, η ετήσια οικιακή κατανάλωση για ψύξη είναι περίπου τριπλάσια της δαπάνης για θέρμανση) Η συστηματική θερμική προστασία των κατασκευών στην Ελλάδα ξεκίνησε με τη θέσπιση του Κανονισμού Θερμομόνωσης Κτιρίων το 1979. Έκτοτε, παρά τις θεσμικές και επιστημονικές ατέλειες του Κανονισμού (όπως πχ η έλλειψη υποχρεωτικής μελέτης διάχυσης των υδρατμών ή ο πλημμελής έλεγχος των κατασκευών) η χρησιμότητα της θερμομόνωσης έχει γίνει κοινό κτήμα των μηχανικών, των κατασκευαστών και ολόκληρης της κοινωνίας (σε αντίθεση με την άγνοια ή την αδιαφορία π.χ. στα ζητήματα της ηχομόνωσης) Γενικές αρχές της θερμικής προστασίας των κτιρίων -η εξασφάλιση ενός θερμικά άνετου εσωκλίματος, σε σχέση με το ψύχος του χειμερινού και τη ζέστη του θερινού περιβάλλοντος -ο έλεγχος των ανταλλαγών θερμότητας διαμέσου του κελύφους και η προστασία του κελύφους από θερμικές καταπονήσεις -ο περιορισμός της ενεργειακής κατανάλωσης και της ρύπανσης του περιβάλλοντος ΣΤΟΧΟΣ : η εξοικονόμηση ενέργειας για οικιακή χρήση κατά 45 – 50% είναι εφικτή με εφαρμογές πρόσθετης δαπάνης περίπου 2 – 4% του συνολικού κόστους κατασκευής

3 ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΕΣ τα ευπαθή σημεία της κατασκευής
ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΕΣ τα ευπαθή σημεία της κατασκευής ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΕΣ : ονομάζονται τα τμήματα του κελύφους που διευκολύνουν τη θερμική ροή (ανταλλαγή ενέργειας) μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος, δηλαδή είναι οι ζώνες που εμφανίζουν χαμηλή προστασία και μειωμένη θερμομονωτική ικανότητα σε σχέση με το υπόλοιπο κέλυφος, εξαιτίας κακοτεχνίας, μελετητικής ή κατασκευαστικής αστοχίας, λόγω άγνοιας - αμέλειας ή και φθοράς από γήρανση της κατασκευής ΕΥΠΑΘΗ ΣΗΜΕΙΑ : -συναρμογές φέροντος οργανισμού και κατακόρυφων στοιχείων πλήρωσης (δοκοί / υποστυλώματα / σενάζ με τοιχοποιίες) -εκτεθειμένες πλευρές σε εξώστες / προεξοχές / πυλωτές (γωνίες και ελεύθερες παρειές) -περιμετρικοί αρμοί κουφωμάτων, χωνευτές θέσεις παντζουριών -σχισμές και ανοίγματα του κελύφους ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ : -απώλεια θερμότητας (+200 /300%), περιορισμός της θερμικής άνεσης -χαμηλές επιφανειακές θερμοκρασίες (-3 / - 7oC), επιφανειακή συμπύκνωση υδρατμών -ανάπτυξη μούχλας, επιφανειακές φθορές, αποσάθρωση, χρωματισμός

4 Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ
Ο συντελεστής λ προσδιορίζει την ευκολία θερμικής ροής διαμέσου ενός υλικού (δηλαδή είναι αντίστροφο μέγεθος της θερμομονωτικής ικανότητάς του υλικού) Μετριέται σε W/(m*K) στο σύστημα SI Η μικρότερη τιμή λ (δηλαδή η μεγαλύτερη θερμομονωτική ικανότητα) εμφανίζεται σε στρώση πολύ μικρού πάχους, ξηρού και ακίνητου αέρα λ = 0,023 W/(m*K), σε μια θεωρητική μοντελοποίηση της κυψελίδας των μονωτικών υλικών (λεπτά υμέναια που περικλείουν φυσαλίδες εγκλωβισμένου αέρα) Σε μεγαλύτερα πάχη αέρα, η τιμή του λ αυξάνει λόγω της κινητικότητας των μορίων του αέρα (άρα μειώνεται η θερμομονωτική ικανότητα) Γενικά, η αύξηση του πάχους ενός υλικού συνεπάγεται και αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας (μείωση της θερμομονωτικής ικανότητάς). Ωστόσο η αύξηση του πάχους ενός θερμομονωτικού υλικού στη διατομή του τοίχου αυξάνει την προσφερόμενη θερμική προστασία. Περαιτέρω μείωση της θερμικής αγωγιμότητας ενός υλικού είναι εφικτή με αντικατάσταση του ξηρού αέρα των κυψελίδων από άλλα αέρια (φρέον, διοξείδιο άνθρακα) τα οποία όμως στην πράξη, με την πάροδο του χρόνου, διαρρέουν στο περιβάλλον

5 Θερμομονωτικές ιδιότητες των δομικών υλικών
Θερμομονωτικά θεωρούνται τα υλικά με λ < 0,20 W/(m*K) Θερμομονωτικά κατά DIN είναι τα υλικά με λ ≤ 0,12 W/(m*K) Πρόκειται για υλικά μικρού ειδικού βάρους (με μεγάλο πορώδες), δηλαδή πυκνότητα d = 3 – 15% Σε στερεά μορφή, η δομή της μάζας τους είναι ινώδες σύμπλεγμα ή πλέγμα ανοικτών / κλειστών κυψελίδων (θερμική απόσβεση στο εσωτερικό της δομής) Η θερμομονωτική ικανότητά τους οφείλεται στον εγκλωβισμένο (πρακτικά ακίνητο) αέρα που παρεμβάλλεται ανάμεσα στις ίνες ή μέσα στις κυψελίδες Διακρίνονται για την δεδομένη συμπεριφορά εκάστου έναντι των κλιματικών συνθηκών και για τις μηχανικές - φυσικές - χημικές ιδιότητες και την αντοχή τους στη φθορά του χρόνου

6 Θερμομονωτικά υλικά - ταξινόμηση
Στην αγορά διατίθενται ποικίλα υλικά Το πρόβλημα της σωστής επιλογής για μια συγκεκριμένη περίπτωση είναι κρίσιμο Στην Ελλάδα, γενικά, υπάρχει έλλειψη προδιαγραφών και ελέγχου των μονωτικών υλικών ΚΑΤΑΤΑΞΗ ως προς : προέλευση (οργανικά – ανόργανα) δομή (ινώδη – κυψελωτά ή κοκκώδη) τρόπο παρασκευής (τεχνητά – φυσικά) επιμέρους ιδιότητες (αντοχές, ευπάθεια, τιμή λ) βάρος (μικρή – πολύ μικρή πυκνότητα)

7 Θερμομονωτικά υλικά – είδη και προϊόντα
ελαφρά, ανόργανα ινώδη (παπλώματα – πλάκες, με ή χωρίς επικάλυψη, απλά ή ενισχυμένα, με ή χωρίς οπλισμό) υαλοβάμβακας, πετροβάμβακας, ορυκτοβάμβακας ελαφρά, οργανικά ινώδη (πλάκες, απλές ή σάντουιτς) ξυλόμαλλο, μοριοσανίδες, υλικά φυτικών ή ζωικών ινών ελαφρά κυψελωτά (πλάκες, με ή χωρίς πατούρα, με /χωρίς επίχρισμα, με /χωρίς επένδυση, προκατασκευασμένα πάνελ, με ψεκασμό /εκτόξευση) διογκωμένη πολυστερίνη, εξηλασμένη πολυστυρόλη, πολυουρεθάνη, φελλός αφρώδες γυαλί (πλάκες) βαριά τούβλα (κεραμικά, τσιμέντου) προσμίξεις με άργιλο και διογκωτικά υλικά ελαφρά κοκκώδη (κίσσηρης, περλίτης, βερμικουλίτης) σκυροδέματα (ελαφρά – κυψελωτά) αναμίξεις με ελαφρά κοκκώδη

8 Μέτρα θερμομονωτικής ενίσχυσης - επεμβάσεις
Προστασία ανοιγμάτων αεροστεγάνωση αρμών μεταξύ κάσας /τοίχου και κινητού φύλου /κάσας διπλοί υαλοπίνακες, ενισχυμένης διατομής, διπλά, επάλληλα κουφώματα μετατροπή των άχρηστων κινητών σε ακίνητα υαλοστάσια μηχανισμός επαναφοράς θυρών Ενίσχυση κελύφους πρόσθετη εξωτερική (ή και εσωτερική) θερμομόνωση μόνωση χώρων αναδίπλωσης κουφωμάτων μόνωση δώματος, εξωστών, πυλωτών προσθήκη θερμομονωτικού στο εσωτερικό θερμής στέγης προσθήκη θερμομονωτικού σε οροφή ή/και δάπεδο υπογείου Βιοκλιματικές εφαρμογές προθάλαμοι ανάσχεσης αέρα στις εισόδους ενσωμάτωση παθητικών ενεργειακών συστημάτων τοποθέτηση σκιάστρων, ανάπτυξη συστημάτων αερισμού αλλαγή λαμπτήρων και ενεργοβόρων Η/Μ συσκευών

9 Η επίδραση της διάχυσης των υδρατμών στη θερμική αγωγιμότητα των υλικών
Κατά τη διάχυση των υδρατμών στο εσωτερικό μιας διατομής, ένα μέρος τους συμπυκνώνεται και σχηματίζει υγρασία, η οποία εισχωρεί στους πόρους των υλικών και είτε σταδιακά απομακρύνεται με εξάτμιση και τριχοειδή αγωγιμότητα είτε εγκλωβίζεται, αποσαθρώνει τα ευπαθή υλικά και μειώνει την θερμομονωτική ικανότητά τους Ο φλοιός της διατομής (όπου συνήθως δημιουργείται εσωτερική συμπύκνωση των υδρατμών) είναι η ψυχρή πλευρά της θερμομονωτικής στρώσης (λόγω απότομης πτώσης της θερμοκρασίας) Η διάγνωση αυτού φαινομένου δεν είναι οπτικά εφικτή. Γνωστές γίνονται εκ των υστέρων οι συνέπειες των προβλήματος (καταστροφή της θερμομόνωσης, αποσάθρωση υλικών, ρηγματώσεις κλπ) Η λανθασμένη τοποθέτηση ενός φράγματος υδρατμών (ασφαλτικές / πλαστικές επαλείψεις ή μεμβράνες με μεγάλη ικανότητα αντίστασης στη διάχυση των υδρατμών - υψηλότατο συντελεστή μ) πχ στην εξωτερική όψη ενός τοίχου, παρεμποδίζει τη διέλευση και εννοεί την εσωτερική συμπύκνωση των υδρατμών με σύνηθες επακόλουθο την καταστροφή της θερμομονωτικής στρώσης

10 Η προστασία της θερμομονωτικής στρώσης από τους υδρατμούς
Η προστασία της θερμομονωτικής στρώσης από τους υδρατμούς Κατασκευαστικά, η θερμομονωτική στρώση πρέπει να τοποθετείται κατά το δυνατόν προς την εξωτερική πλευρά του οικοδομικού στοιχείου (αεριζόμενη πρόσοψη) Γενικά, κατά την οικοδομική μελέτη πρέπει να προβλεφτεί (από μέσα προς τα έξω) : αύξηση των συντελεστών λ μείωση των συντελεστών μ ΠΛΗΝ ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΩΝ : στις κατασκευές του ελληνικού χώρου ΔΕΝ χρειάζεται ένα φράγμα υδρατμών στο εσωτερικό μιας διατομής (παρεμποδίζει την εξατμισο-διαπνοή του τοίχου) ΣΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΛΥΣΕΙΣ όπως υπόγεια με εξωτερική αδιαβροχοποίηση, προσόψεις με διακοσμητικές πέτρες ή ορθομαρμάρωση χρειάζεται ένα καλύτερο ή ισάξιο φράγμα υδρατμών (δηλαδή μ ≥ του προηγουμένου) πίσω από την θερμομονωτική στρώση (προς την εσωτερική παρειά) του τοίχου, ώστε να ανακοπεί η διάχυση των υδρατμών στην περιοχή της μόνωσης

11 Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (1)
Η επίδραση της θερμοκρασίας Οι τιμές του συντελεστή λ δίνονται από πίνακες για θερμοκρασία 10οC και ξηρά κατάσταση με «πρακτική υγρασία» Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αύξηση του λ δηλαδή μείωση της θερμομονωτικής ικανότητας ΠΡΟΣΟΧΗ : Ειδικά για θ > 70οC (λέβητες, οδεύσεις καλοριφέρ, καμινάδες απαγωγής, φούρνους) εμφανίζεται αλλοίωση της δομής του υλικού (θραύση κυψελίδων, συρρίκνωση μάζας) – επομένως συνιστώνται ινώδη υλικά Η επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας Η επί μακρόν έκθεση καταστρέφει τις πολυστερίνες και την πολυουρεθάνη Τέτοια υλικά χρησιμοποιούνται σε σκιερούς – υπόγειους χώρους, ή με νάιλον επένδυση, ή με άμεση επίχριση

12 Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (2)
Η επίδραση της υγρασίας Ο εμποτισμός των υλικών με υγρασία (νερό λ = 0,57) εκτοπίζει τον εγκλωβισμένο αέρα και αυξάνει το συντελεστή λ, δηλαδή μειώνει τη θερμομονωτική ικανότητα τους Σε αυτές τις περιπτώσεις τα ινώδη υλικά (ανοικτές κυψελίδες) καταστρέφονται - επομένως συνιστώνται αφρώδη υλικά (με κλειστές κυψελίδες) ΠΡΟΣΟΧΗ : για θ < 0οC (παγετός) το εγκλωβισμένο νερό μετατρέπεται σε πάγο, αυξάνει τον όγκο του (+10%), διαρρηγνύει τον ιστό του υλικού και οδηγεί τον τοίχο σε αποσάθρωση Η επίδραση των συστολο-διαστολών Με την αύξηση της θερμοκρασίας τα θερμομονωτικά υλικά μεταβάλλουν διαστάσεις (ορισμένα διαστέλλονται έντονα) Πιθανός κίνδυνος είναι το ανασήκωμα του υλικού (διάρρηξη των στρώσεων του τοίχου) και η πρόωρη γήρανση του υλικού

13 Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (3)
Η επίδραση των χημικών ουσιών Ο εμποτισμός με χημικούς διαλυτές (βενζίνη, βενζόλιο, ασετόν) καταστρέφει ορισμένα οργανικά υλικά. Τα αφρώδη οργανικά επηρεάζονται από την πίσσα και τη ρευστή άσφαλτο. Οι ασφαλτικές μεμβράνες (στα δώματα) καταστρέφονται όταν επικολλώνται σε πολυστερίνες. Ξυλώδη ή φυτικής προέλευσης μονωτικά καταστρέφονται από κόλλες ή χημικούς διαλύτες Η επίδραση της φωτιάς Γενικά, καλή συμπεριφορά εμφανίζουν τα ανόργανα υλικά. Αντίθετα, τα οργανικά υλικά καίγονται εύκολα (πολυστερίνες, πολυουρεθάνες, ξυλώδη και φυτικά παράγωγα) Υαλοβάμβακας, πετροβάμβακας, περλίτης και αφρώδες γυαλί ΔΕΝ αναφλέγονται και ΔΕΝ συντηρούν τη φωτιά

14 Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (4)
Η μηχανική αντοχή Σημαντική παράμετρος για μονώσεις σε δάπεδο και δώματα (για ισχυρά φορτία) Ξυλόμαλλο και αφρώδες γυαλί εμφανίζουν μεγάλες αντοχές (χρησιμοποιούνται και ως ξυλότυποι) Τα παπλώματα (υαλοβάμβακας – πετροβάμβακας) δεν αντέχουν σε καταπονήσεις Πλάκες πολυστερίνης – πολυστυρόλης επιδέχονται γραμμική φόρτιση ΠΡΟΣΘΕΤΕΣ ΑΙΤΙΕΣ ΑΛΛΟΙΩΣΗΣ - ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗΣ Χρόνος (γήρανση, φθορά) Έντομα – τρωκτικά (προσβολή – κατανάλωση) Συνεργασιμότητα με άλλα υλικά (πρόσφυση, επικόλληση) ΑΛΛΟΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Κόστος Δίκτυο διάθεσης

15 Θερμομονωτικά υλικά - συνδυαστική αξιολόγηση