Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Δ.Π.Θ. ΤΜΗΜΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΗ IV προστασία κτιρίων – Η/Μ εγκαταστάσεις 5. Μονωτικά υλικά Νίκος Κ. Μπάρκας e-mail : nbarkas@arch.duth.gr http://nikosbarkas.gr/ Οι σημειώσεις βρίσκονται αναρτημένες στην ιστοσελίδα : http : // eclass.duth.gr ΤΜD149

ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Γενικές αρχές της θερμικής προστασίας των κτιρίων -η εξασφάλιση ενός θερμικά άνετου εσωκλίματος (όλες τις εποχές του έτους), -η προστασία του κελύφους από θερμικές καταπονήσεις -ο περιορισμός της ενεργειακής κατανάλωσης Υπενθυμίζουμε ότι, σε χώρες όπως η Ελλάδα, η ετήσια οικιακή κατανάλωση για ψύξη είναι περίπου τριπλάσια της δαπάνης για θέρμανση Στόχος της θερμομόνωσης είναι η εξοικονόμηση ενέργειας για οικιακή χρήση κατά 45 – 50% (κατασκευαστικές εφαρμογές πρόσθετης δαπάνης περίπου 2 – 4% του συνολικού κόστους κατασκευής) 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) η χρησιμότητα της θερμομόνωσης έχει γίνει κοινό κτήμα ολόκληρης της κοινωνίας (σε αντίθεση με την άγνοια ή την αδιαφορία στα ζητήματα της ηχομόνωσης)

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

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 = 0,023 W/(m*K (δηλαδή η μεγαλύτερη θερμομονωτική ικανότητα) εμφανίζεται σε στρώση πολύ μικρού πάχους, ξηρού και ακίνητου αέρα. Σε μεγαλύτερα πάχη αέρα, η τιμή του λ αυξάνει λόγω της κινητικότητας των μορίων του αέρα Επομένως, ένα θεωρητικό μοντέλο για την κατασκευή μονωτικών υλικών είναι η εφαρμογή μιας κυψελίδας (ενός λεπτού υμένα που περικλείει φυσαλίδες εγκλωβισμένου αέρα) Γενικά, η αύξηση του πάχους ενός υλικού συνεπάγεται και αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας (μείωση της θερμομονωτικής ικανότητάς). Ωστόσο η αύξηση (μέχρις ενός ορίου) 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

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 με πυκνότητα d = 3 – 15% Σε στερεά μορφή, η δομή της μάζας τους είναι -ινώδες σύμπλεγμα -πλέγμα ανοικτών / κλειστών κυψελίδων Η θερμομονωτική ικανότητά τους οφείλεται στον εγκλωβισμένο (πρακτικά ακίνητο) αέρα που παρεμβάλλεται ανάμεσα στις ίνες ή μέσα στις κυψελίδες (θερμική απόσβεση στο εσωτερικό της δομής) Τα θερμομονωτικά υλικά επιλέγονται με βάση : -τη συμπεριφορά εκάστου έναντι των κλιματικών συνθηκών -τις μηχανικές - φυσικές - χημικές ιδιότητες τους -την αντοχή τους στη φθορά του χρόνου

Θερμομονωτικά υλικά - ταξινόμηση Στην αγορά διατίθενται ποικίλα υλικά. Επομένως, το πρόβλημα της σωστής επιλογής για κάθε συγκεκριμένη κατασκευαστική εφαρμογή και περίσταση είναι κρίσιμο, ιδίως στην Ελλάδα, όπου υπάρχει έλλειψη προδιαγραφών και ελέγχου των μονωτικών υλικών ΚΑΤΑΤΑΞΗ ως προς : την προέλευση (οργανικά / ανόργανα) τη δομή (ινώδη / κυψελωτά / κοκκώδη) τον τρόπο παρασκευής (τεχνητά / φυσικά) τις επιμέρους ιδιότητες (αντοχές, ευπάθεια, τιμή λ) το βάρος (μικρή / πολύ μικρή πυκνότητα)

Θερμομονωτικά υλικά – είδη και προϊόντα ελαφρά, ανόργανα ινώδη (παπλώματα ή 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 / χωρίς πατούρα, με / χωρίς επίχρισμα, με / χωρίς επένδυση, προκατασκευασμένα πάνελ, με ψεκασμό / με εκτόξευση) διογκωμένη πολυστερίνη, εξηλασμένη πολυστυρόλη, πολυουρεθάνη, φελλός αφρώδες γυαλί (πλάκες) προϊόντα κεραμικής / τσιμεντοποιάς (προσμίξεις με άργιλο / διογκωτικά υλικά) βαριά τούβλα ελαφρά κοκκώδη προϊόντα (κίσσηρης, περλίτης, βερμικουλίτης) σκυροδέματα (ελαφρά / κυψελωτά) σε αναμίξεις με ελαφρά κοκκώδη

Μέτρα θερμομονωτικής ενίσχυσης - επεμβάσεις Προστασία ανοιγμάτων αεροστεγάνωση των 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 των χώρων αναδίπλωσης των κουφωμάτων μόνωση δώματος, εξωστών, πυλωτών προσθήκη θερμομονωτικού υλικού στο εσωτερικό θερμής στέγης προσθήκη θερμομονωτικού υλικού σε οροφή ή/και δάπεδο υπογείου Βιοκλιματικές εφαρμογές προθάλαμοι ανάσχεσης αέρα στις εισόδους των κτιρίων ενσωμάτωση παθητικών ενεργειακών συστημάτων στο κτίριο τοποθέτηση σκιάστρων, ανάπτυξη συστημάτων αερισμού αλλαγή λαμπτήρων και ενεργοβόρων Η/Μ συσκευών

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 Συνήθως, στο εσωτερικό μιας διατομής, η εσωτερική συμπύκνωση των υδρατμών γίνεται στη ψυχρή πλευρά της θερμομονωτικής στρώσης (λόγω απότομης πτώσης της θερμοκρασίας) Η διάγνωση αυτού φαινομένου δεν είναι οπτικά εφικτή. Εκ των υστέρων, γίνονται γνωστές οι συνέπειες των προβλήματος (καταστροφή της θερμομόνωσης, αποσάθρωση υλικών, ρηγματώσεις κλπ) Η λανθασμένη τοποθέτηση ενός φράγματος υδρατμών (επαλείψεις ή μεμβράνες με μεγάλη ικανότητα αντίστασης στη διάχυση των υδρατμών – δηλαδή υψηλό συντελεστή μ) πχ στην εξωτερική όψη ενός τοίχου, παρεμποδίζει τη διέλευση των υδρατμών και εννοεί την εσωτερική τους συμπύκνωση, με σύνηθες επακόλουθο την καταστροφή της θερμομονωτικής στρώσης

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 : σ τις κατασκευές του ελληνικού χώρου ΔΕΝ χρειάζεται ένα φράγμα υδρατμών στο εσωτερικό μιας διατομής (παρεμποδίζει την εξατμισο-διαπνοή του τοίχου) ΣΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΛΥΣΕΙΣ : πχ σε υπόγεια με εξωτερική αδιαβροχοποίηση, σε προσόψεις με διακοσμητικές πέτρες ή ορθομαρμάρωση χρειάζεται ένα καλύτερο ή ισάξιο φράγμα υδρατμών (δηλαδή μ ≥ του προηγουμένου) πίσω από τη θερμομονωτική στρώση (προς την εσωτερική παρειά του τοίχου), ώστε να ανακοπεί η διάχυση των υδρατμών στην περιοχή της μόνωσης

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 (σε 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 επένδυση νάιλον, ή με άμεση επίχριση

Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (2) Η επίδραση της υγρασίας Ο εμποτισμός των υλικών με υγρασία εκτοπίζει τον εγκλωβισμένο αέρα και αυξάνει το συντελεστή λ (επειδή του νερού λ = 0,57), 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

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 έναντι της φωτιάς 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

Θερμομονωτικά υλικά – επιδράσεις (4) Η μηχανική αντοχή Αποτελεί σημαντική παράμετρο για τις μονώσεις σε δάπεδο και δώματα (για ισχυρά φορτία) Το ξυλόμαλλο / το 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) Προσβολές από έντομα / τρωκτικά (προσβολή, κατανάλωση) Συνεργασιμότητα με άλλα υλικά (πρόσφυση, επικόλληση) ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Το κόστος – το δίκτυο διάθεσης

Υλικά στεγάνωσης ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ : Άμορφα : πίσσα, κόλλα (για συγκόλληση εν θερμώ) Μεμβράνες : τυποποιημένα στοιχεία (με επικάλυψη) Ρευστά : βερνίκια, γαλακτώματα, μαστίχες (για συγκόλληση εν ψυχρώ) ΠΡΟΣΟΧΗ σε : θερμότητα, ακτινοβολία, καταπονήσεις, φυσαλίδες, εφελκυσμό ΠΛΑΣΤΙΚΑ : Άμορφα : μαστίχες, αρμοσφραγίσματα, καουτσούκ, πολυαιθυλένιο Μεμβράνες : σχηματοποιημένα στοιχεία (γραμμικά, επιφανειακά) Ρευστά ή ελαστομερή : βερνίκια, γαλακτώματα ΠΡΟΣΟΧΗ σε : θερμική διαστολή, κόστος

Υλικά στεγάνωσης (2) Υλικά 2 συστατικών : το βασικό + το προσθετικό (σκλήρυνση με ανάμιξη) Πολυεστέρες, πολυεποξειδικές ρητίνες, οργανικά πολυσουλφίδια ΠΡΟΣΟΧΗ σε : ταχύτητα, εργασιμότητα, κόστος Σιλικόνες (καλής αντοχής και θερμοαδράνειας) ΠΡΟΣΟΧΗ σε : κόστος, εργασιμότητα Ανόργανα : προσφύματα διείσδυσης ή επιφανείας ή διογκούμενες (στεγανωτικά μάζας) κονίες, Στερεά (μεταλλικά) : χαλκός, γαλβανισμένη λαμαρίνα, μόλυβδος ΠΡΟΣΟΧΗ στον αμίαντο

Ηχομονωτικά υλικά Όπως έχουμε εξηγήσεις αναλυτικά (κεφάλαιο Ταλαντώσεις – μάθημα Τεχνολογία ΙΙ) για να βελτιωθεί η ηχομονωτική ικανότητα ενός τοιχώματος είναι σκόπιμη η εφαρμογή πολλαπλών (και ετερογενών) πετασμάτων, ώστε ανάμεσά τους να συντελούνται διαδοχικά φαινόμενα θερμικής απόσβεσης και αποσυντονισμου Θεωρητικά, η ηχομόνωση βελτιώνεται όσο οι επιμέρους φλοιοί αποσχηματίζονται στατικά και εγκλωβίζεται μια στρώση αέρα στο εσωτερικό διάκενο των φλοιών. Στην περίπτωση ελαφρών κατασκευών (επιφανειακό βάρος φλοιού < 150Kg), το διάκενο του αέρα έχει μια βέλτιστη τιμή (πχ 10 / 12 / 15cm) καθώς : η μάζα της ενδιάμεσης στρώσης του αέρα λειτουργεί ως ελατήριο, η συχνότητα συντονισμού εξαρτάται από τις μάζες των φλοιών και την απόσταση τους.

ΠΟΡΩΔΗ ΗΧΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Συνήθως, στις εφαρμογές ηχομόνωσης το διάκενο μεταξύ των φλοιών γεμίζει με κάποιο υλικό, του οποίου η ιδιοσυχνότητα ΔΕΝ γειτονεύει με τις ιδιο-συχνότητες των συζευγμένων φλοιών. Τέτοια υλικά είναι τα πορώδη (πετροβάμβακες / υαλοβάμβακες : σε πλάκες / παπλώματα, με / χωρίς επικάλυψη, μικρού / μεσαίου / μεγάλου ειδικού βάρους), των οποίων τα χαρακτηριστικά (ακαμψία, επιφανειακό βάρος) είναι αρκούντως διαφορετικά από τα αντίστοιχα των συνηθισμένων οικοδομικών υλικών Τα πορώδη, ως υλικά πλήρωσης του διάκενου επιτρέπουν το δραστικό περιορισμό (έως και το μηδενισμό) των συνεπειών του ακουστικού συντονισμού (ενώ, οι ελαστικοί σύνδεσμοι μεταξύ των φλοιών αποτρέπουν το μηχανικό συντονισμό μεταξύ των φλοιών) ΠΡΟΣΟΧΗ : τα διαδεδομένα θερμομονωτικά υλικά ΔΕΝ είναι πορώδη (είναι κυψελωτά ή αφρώδη). Δηλαδή, η συνεισφορά τους στην ηχομόνωση είναι αδιάφορη έως αρνητική.

Θερμομονωτικά υλικά - συνδυαστική αξιολόγηση