Βασικές έννοιες γύρω από τη Θερμομόνωση και την ποιότητα εσωτερικού αέρα

Θερμομόνωση κτηρίων
Το σύνολο των κατασκευαστικών μέτρων που λαμβάνονται για τη μείωση της μετάδοσης θερμότητας μεταξύ των εσωτερικών χώρων του κτηρίου και του εξωτερικού περιβάλλοντος , αλλά και μεταξύ των εσωτερικών χώρων με διαφορετικές θερμικές απαιτήσεις.

Θερμογέφυρες
Θερμοαγώγιμο υλικό που έχει διεισδύσει ή παρακάμψει ένα σύστημα θερμομόνωσης δίνοντας τη δυνατότητα μεταφοράς θερμότητας μέσω της διαδρομής που δημιουργεί.

Θερμική άνεση
Οι συνθήκες στις οποίες βρίσκεται ένα άτομο και δεν επιθυμεί καμία θερμοκρασιακή αλλαγή. Είναι ένα υποκειμενικό συναίσθημα που επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, την υγρασία, την ταχύτητα του αέρα, το ρουχισμό και τις ανθρώπινες δραστηριότητες.

Α. ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ – ΨΥΧΡΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ

Η ενεργειακή κατανάλωση των δομικών υλικών είναι άμεσα εξαρτώμενη από τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους, τα οποία καθορίζουν βεβαίως τη θερμική άνεση στα κτήρια.

• Τα υλικά των εξωτερικών επιφανειών δέχονται την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, της οποίας ένα μέρος απορροφάται από τα υλικά και το υπόλοιπο ανακλάται. Το πηλίκο της ανακλώμενης ακτινοβολίας προς την προσπίπτουσα ακτινοβολία στο υλικό, ονομάζεται ανακλαστικότητα, ενώ το πηλίκο της απορροφούμενης ακτινοβολίας προς την προσπίπτουσα ονομάζεται απορροφητικότητα (α) του υλικού.
• Τα υλικά εκπέμπουν πάντα θερμική ακτινοβολία, η ισχύς της οποίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τον συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας (ε) του υλικού. Όσο πιο μεγάλος είναι ο συντελεστής εκπομπής τόσο πιο εύκολα αποβάλλεται η απορροφούμενη θερμότητα.

Η χρήση των υλικών με μεγάλη ανακλαστικότητα συμβάλλει άμεσα στη μείωση της θερμοκρασίας του εσωτερικού χώρου και ως εκ τούτου η χρήση ανοικτόχρωμων επιφανειών μειώνει κατά μεγάλο ποσοστό τα απαιτούμενα φορτία λειτουργίας των μονάδων ψύξης στα κτήρια, με αποτέλεσμα πολύ μεγάλα οικονομικά οφέλη. Στον πίνακα (Α) εμφανίζονται οι τιμές της ανακλαστικότητας για διάφορα υλικά.

Πίνακας (Α)
ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Τελευταία έχουν αναπτυχθεί υλικά με προηγμένα οπτικά χαρακτηριστικά και αυξημένη ανακλαστικότητα στην ακτινοβολία, τα οποία ονομάζονται ψυχρά και αφορούν κυρίως χρώματα, μεμβράνες κλπ.

Β. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ Λ

Σαν συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας (λ) ορίζεται η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται μέσα σε μία ώρα από ομοιογενές στρώμα υλικού πάχους 1m, όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο παράλληλων επιφανειών του στρώματος είναι 1 βαθμός Κελσίου.

O συντελεστής λ μετράται σε W/m.K ή σε kcal/h.m. oC με ισοδυναμία 1kcal/h.m.oC = 1,163 W/m.κ. Θερμομονωτικά υλικά θεωρούνται αυτά που έχουν λ<0,1 W/m.κ. Όσο πιο μικρό είναι το λ τόσο πιο θερμομονωτικό είναι το υλικό που το χαρακτηρίζει.

Οι παράγοντες που παίζουν ρόλο στην επιλογή ενός θερμομονωτικού υλικού είναι:

• η διαπερατότητα σε υδρατμούς
• η ευκαμψία
• η σκληρότητα
• η διάρκεια ζωής
• η ευκολία εφαρμογής και χειρισμού
• η προσβολή από ζωύφια, τρωκτικά και μικροοργανισμούς
• η επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό
• η επίδραση στο περιβάλλον
• η συμπεριφορά στη φωτιά
• η συμπεριφορά στον ήχο

Γ. ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Θερμοκρασία
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας αυξάνεται με τη θερμοκρασία με αποτέλεσμα να μειώνεται η θερμομονωτική ικανότητα του υλικού.

Yγρασία
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας αυξάνεται με την υγρασία. Αυτό είναι προφανές αφού το λ του νερού είναι 0,57 W/m.Κ και του αέρα 0,024 W/m Κ. Υλικά όπως τα ινώδη (πετροβάμβακας, υαλοβάμβακας) επηρεάζονται από την υγρασία, λόγω δομής, ενώ τα αφρώδη (πολυστερίνες, πολυουρεθάνη) ελάχιστα.

Ηλιακή ακτινοβολία
Τα αφρώδη μονωτικά μπορούν να υποστούν επιφανειακή αλλοίωση, μείωση της αντοχής τους και απώλεια θερμομονωτικών ιδιοτήτων.

Πυραντίσταση
Τα ανόργανα μονωτικά υλικά παρουσιάζουν πολύ καλή συμπεριφορά στη φωτιά σε αντίθεση με τα περισσότερα οργανικά, τα οποία θεωρούνται αυτοσβεννύμενα και δε μεταδίδουν τη φλόγα.

Μηχανική αντοχή
Η αντοχή των μονωτικών υλικών σε θλίψη ή εφελκυσμό είναι πολύ σημαντικός παράγοντας, όταν το μονωτικό τοποθετηθεί σε συγκεκριμένες εφαρμογές (φέρουσες τοιχοποιίες, συστήματα εξωτερικής θερμομόνωσης). Τα οργανικά αφρώδη μονωτικά έχουν μεγαλύτερες μηχανικές αντοχές από τα ανόργανα ινώδη.

Στον πιο κάτω πίνακα (Β) φαίνονται ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, η πυκνότητα και η ειδική
θερμότητα ορισμένων υλικών:

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΣΩ ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΤΟΙΧΟΥ
Η θερμική ισχύς Q, δηλαδή η ποσότητα της θερμότητας, που μεταφέρεται στη μονάδα του χρόνου μέσα από ένα σύνθετο τοίχο από τη μία πλευρά στην άλλη, υπολογίζεται από τη σχέση:

Δ. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΘΕΡΜΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ U (Η Κ) ΣΥΝΘΕΤΟΥ ΤΟΙΧΟΥ

Είναι η ποσότητα θερμότητας, που διέρχεται μέσα σε μια ώρα από ένα σύνθετο τοίχο υπό σταθερά θερμική κατάσταση συγκεκριμένου πάχους και επιφάνειας 1m² , όταν η διαφορά θερμοκρασίας του αέρα ή του υγρού που εφάπτεται στις δύο όψεις του τοιχώματος είναι 1οC.

Το αντίστροφο του συντελεστή U ονομάζεται αντίσταση θερμοπερατότητας (R) τοιχώματος και χαρακτηρίζει τη θερμομονωτική ικανότητά του.

Ισχύει

Ε. ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ – ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑ

Λειτουργία της μάζας των δομικών στοιχείων Θερμοχωρητικότητα (C) ενός υλικού ή ενός στοιχείου είναι η ικανότητά του να αποθηκεύει τη θερμότητα που δέχεται από το περιβάλλον μέσα στη μάζα του και να την αποδίδει με χρονική διαφορά φάσης. Ειδική θερμότητα ενός υλικού είναι το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία της μάζας 1kg του υλικού κατά 10C και μετριέται σε kJ/kg.Κ ή kcal/kg 0C ή Btu/lb 0F.
Η θερμοχωρητικότητα είναι ανάλογη της μάζας ή της πυκνότητας και της ειδικής θερμότητας του υλικού. Υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου C η θερμοχωρητικότητα του υλικού, m σε (kg) η μάζα του υλικού, c kcal/kg 0C ή kJ/kg.Κ η ειδική θερμότητα του υλικού.

Ειδικότερα

• Ο αέρας έχει τη μικρότερη θερμοχωρητικότητα και το νερό τη μεγαλύτερη.
• Ο χάλυβας έχει μικρότερη θερμοχωρητικότητα από το νερό.
• Το σκυρόδεμα έχει περίπου 20% μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα από τη πέτρα και 50% από το τούβλο.

Τα δομικά υλικά απορροφούν και αποθηκεύουν θερμότητα, όταν θερμαίνονται από την ηλιακή ακτινοβολία, που προσπίπτει σε ένα κτήριο. Ένα μέρος της ανακλάται, ενώ το υπόλοιπο μετατρέπεται σε θερμότητα και απορροφάται από τα δομικά στοιχεία του κτηρίου. Ο ρυθμός με τον οποίο ένα στοιχείο απορροφά ή αποβάλλει τη θερμότητα ονομάζεται θερμική αδράνεια και επηρεάζεται από το πάχος και τη θερμοχωρητικότητά του.

Μεγάλη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας περνάει στο εσωτερικό του κτηρίου (μέσω των ανοιγμάτων) και θερμαίνει τον αέρα, ο οποίος στη συνέχεια μεταδίδει τη θερμότητα με μετάβαση στα δομικά στοιχεία και τα άλλα αντικείμενα του κτηρίου. Η αποθήκευση και η απόδοση πίσω της θερμότητας των στοιχείων οφείλεται στη ροή της θερμότητας από το θερμότερο προς το ψυχρότερο περιβάλλον. Την ημέρα έχουμε ροή θερμότητας από έξω προς τα μέσα, ενώ τη νύχτα, που η εσωτερική θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική, η ροή είναι από μέσα προς τα έξω.

Για τη σωστή λειτουργία ενός κτηρίου έχει μεγάλη σημασία η χρήση υλικών μεγάλης θερμοχωρητικότητας. Το κτήριο λειτουργεί σαν ένας θερμοσυσσωρευτής, που το καλοκαίρι απορροφά τη θερμοκρασία του χώρου και μειώνει την εσωτερική θερμοκρασία. Αντίθετα το χειμώνα αποθηκεύει τη θερμότητα του ηλίου και των άλλων πηγών και την αποδίδει τη νύχτα στο εσωτερικό, δημιουργώντας έτσι το αίσθημα της θερμικής άνεσης.

ΡΟΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΚΛΙΜΑΤΊΚΕΣ ΖΩΝΕΣ
Για τη εφαρμογή του KENAK (Κανονισμός Ενεργειακής Απόδοσης των Κτηρίων) η ελληνική επικράτεια διαιρείται σε 4 κλιματικές ζώνες όπως φαίνεται στον πίνακα (Γ) και σχηματικά στο χάρτη.

Πίνακας Γ
ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΑΝΑ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ

ΚΤΗΡΙΑΚΟ ΚΕΛΥΦΟΣ
Όσον αφορά στο κτηριακό κέλυφος και στα δομικά του στοιχεία που εμφανίζονται στον πίνακα (Δ) , οι μέγιστοι επιτρεπόμενοι συντελεστές θερμοπερατότητας για τις 4 κλιματικές ζώνες στην Ελλάδα είναι:

ΜΕΓΙΣΤΟΣ ΕΠΙΤΡΕΠΟΜΕΝΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ
θερμοπερατότητας δομικών στοιχείων για τις 4 κλιματικές ζώνες της Ελλάδας

Τέλος, όσον αφορά στο κτήριο η τιμή του μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας Km του κτηρίου, δηλαδή του αριθμού που χαρακτηρίζει τις απώλειες ενός κτηρίου, δεν πρέπει να υπερβαίνει τα όρια πού δίνονται στον πίνακα (Ε).

Ισχύει:

(Όπου κw,Kf,KD,Kg,KDL είναι οι συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας των επιφανειών όπως φαίνονται στον πίνακα (Δ) και Fw,Ff,FD,Fg,FDL τα αντίστοιχα εμβαδά τους).

Πίνακας Ε
ΜΕΓΙΣΤΟΣ ΕΠΙΤΡΕΠΟΜΕΝΟΣ ΜΕΣΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ
θερμοπερατότητας Km (του κτηρίου) κατά κλιματική ζώνη

Όπου F η ολική εξωτερική επιφάνεια του κτηρίου (m²), V o ολικός όγκος της οικοδομής (m3).

Ο τρόπος υπολογισμού του μέγιστου επιτρεπόμενου μέσου συντελεστή θερμοπερατότητας περιγράφεται στον KENAK.