Επίδραση της υγρασίας στα θερμομονωτικά υλικά: Η άρρηκτη σχέση θερμομόνωσης και στεγανοποίησης

Σεμινάριο Καινοτόμα Συστήματα με FIBRANgeo BP-ETICS στο Πολύκαστρο, Κιλκίς
06/03/2020
Υδρογέφυρες: από τις μετρήσεις θερμικής αγωγιμότητας των υλικών σε εργαστηριακές συνθήκες στην εφαρμογή σε πραγματικές συνθήκες
23/03/2020

Επίδραση της υγρασίας στα θερμομονωτικά υλικά: Η άρρηκτη σχέση θερμομόνωσης και στεγανοποίησης

Ιδιαίτερη σημασία έχει η υγρασία στα θερμομονωτικά υλικά, καθώς το νερό και ο πάγος έχουν περίπου 24 και 92 φορές, αντίστοιχα, μεγαλύτερο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ από τον αέρα. Κατά συνέπεια ακόμη και μικρή αύξηση της παρουσίας υγρασίας στο εσωτερικό των θερμομονωτικών υλικών μπορεί να προκαλέσει και αύξηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, καθώς το εγκλωβισμένο νερό, καταλαμβάνει τη θέση του αέρα. 

Η μείωση των ιδιοτήτων των θερμομονωτικών υλικών είναι ιδιαίτερα εμφανής όσο αυξάνεται η παρουσία νερού ή και υδρατμών στο εσωτερικό τους που μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε εξάλειψη των θερμομονωτικών ιδιοτήτων τους. Για τον λόγο αυτό η υγρασία θεωρείται το μεγαλύτερο αίτιο προβλημάτων της θερμομόνωσης σε μια κατασκευή. 

Η παρουσία υγρασίας στα πιο ευπαθή θερμομονωτικά υλικά λόγω δομής (διογκωμένη πολυστερίνη, πετροβάμβακας, υαλοβάμβακας) μπορεί να προέρχεται:

  • είτε από  υδατοαπορρόφηση απουσία στεγανοποιητικών στρώσεων (ασφαλτικές θερμοπλαστικές και ρευστές μεμβράνες),
  • είτε από τη συμπύκνωση υδρατμών απουσία στρώσεων ελέγχου της κίνησης των υδρατμών (φράγματα υδρατμών, μεμβράνες επιβράδυνσης  υδρατμών, διαπνέουσες μεμβράνες). 

Σε ορισμένες μάλιστα περιπτώσεις, όπως είναι η εφαρμογή των θερμομονωτικών στα σύνθετα συστήματα εξωτερικής θερμομόνωσης των τοίχων, η επίδραση των υδρατμών είναι αναπόφευκτη, καθώς μετατοπίζεται το σημείο δρόσου από το εσωτερικό του κτιρίου μέσα στη μάζα των θερμομονωτικών υλικών. Στις περιπτώσεις αυτές το θερμομονωτικό υλικό έχει το ρόλο της «θυσιαζόμενης υγροθερμικής στρώσης στην κατασκευή», που είναι και ο ορισμός της έννοιας του θερμομονωτικού υλικού σε επίπεδο δομικής φυσικής. 

Ουσιαστικά, το θερμομονωτικό υλικό καλείται είτε να μην απορροφά σημαντική ποσότητα υγρασίας, προκειμένου να μη μεταβάλει σημαντικά τον συντελεστή λD  (περίπτωση εξηλασμένης πολυστερίνης), είτε εφόσον απορροφά, να μπορεί εύκολα να στεγνώνει λόγο της υψηλής διαπνοής (περίπτωση πετροβάμβακα) διατηρώντας την τιμή του συντελεστή λ σταθερή στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του κτιρίου. 

Η επίδραση της υγρασίας στο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λD και η μετατροπή του σε συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας σχεδιασμού λΖ υπολογίζεται με βάση το πρότυπο EN ISO 10456 που δίνεται στην παρακάτω Σχέση :

λΖ = λD x efψ(ψ2-ψ1) Σχέση (1)

Όπου, 

e ≈ 2,718 (σταθερά λογαρίθμου), 

ψ2 είναι η % κ.ο. δηλωμένη υδατοαπορρόφηση του θερμομονωτικού μετά την τοποθέτηση 

ψ1 είναι η % κ.ο. δηλωμένη υδατοαπορρόφηση για στεγνό θερμομονωτικό (συνήθως 0%) 

fψ είναι ο συντελεστής μετατροπής που δίνεται για κάθε υλικό από πίνακα του προτύπου (π.χ. fψ=2,4 για εξηλασμένη πολυστερίνη και fψ=4 για γραφιτούχα διογκωμένη πολυστερίνη)

Για παράδειγμα, μια εξηλασμένη πολυστερίνη σε εφαρμογή εξωτερικής θερμομόνωσης τοίχου, με αρχικό, πριν την τοποθέτηση, δηλωμένο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λD=0,033 W/mK, λόγω της χαμηλής υδατοαπορρόφησης με διάχυση υδρατμών 3% δίνει μόλις λZ=0,037 W/mK, ενώ η γραφιτούχα διογκωμένη πολυστερίνη με καλύτερο αρχικό συντελεστή λD=0,032 W/mK από την εξηλασμένη, αλλά με υδατοαπορρόφηση 10%, δίνει τελικά σημαντικά χειρότερη τιμή πραγματικού συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας σχεδιασμού λZ=0,048 W/mK. Συνεπώς για μια εξηλασμένη πολυστερίνη πάχους 6 cm αντιστοιχεί σε ένα πραγματικό ενεργειακό ισοδύναμο πάχος γραφιτούχας διογκωμένης πολυστερίνης πάχους 8 cm. Αυτό είναι πολύ σημαντικό διότι συχνά γίνεται λανθασμένα η σύγκριση κόστους υλικών ίδιου πάχους, ενώ θα έπρεπε να γίνεται με βάση το ισοδύναμο ενεργειακό πάχος. 

Σε αντίθεση με τα αφρώδη μονωτικά ο πετροβάμβακας διατηρεί την ενεργειακή του συμπεριφορά σταθερή καθώς η υψηλή διαπνοή (μ=1) επιτρέπει την εξάτμιση όποιας πιθανής υγρασίας άμεσα και την επαναφορά της τιμής του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (λD≈λΖ)

 Η διαχείριση λοιπόν της υγρασίας στις επεμβάσεις θερμομόνωση, όταν αυτή είναι εφικτή με στεγανοποιητικές στρώσεις και στρώσεις ελέγχου της κίνησης των υδρατμών, αποτελούν βασικές εργασίες για τη θωράκιση του κτιριακού περιβλήματος από τις καιρικές επιδράσεις. Σε επίπεδο σχεδιασμού, θερμομόνωση και διαχείριση υγρασίας, είναι εργασίες άρρηκτα συνδεδεμένες μεταξύ τους και το τελικό αποτέλεσμα της ενεργειακής αναβάθμισης εξαρτάται από τον ορθό συνδυασμό τους σε επίπεδο αλληλουχίας εργασιών και επιλογής υλικών. Κακές επιλογές στη διαχείριση της υγρασίας έχουν επιπτώσεις στη θερμομόνωση, όπως και η κακή θερμομόνωση μπορεί να έχει επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής της στεγανοποίησης. Υπό αυτή λοιπόν την οπτική, μπορούμε με βεβαιότητα να ισχυριστούμε πως μια «καλή στεγανοποίηση» είναι και μια «καλή θερμομόνωση» και το αντίστροφο.

Στις λύσεις θερμομόνωσης της FIBRAN, λαμβάνουμε υπόψη βασικές αρχές δομικής φυσικής όπως: τη θέση των θερμομονωτικών υλικών στο δομικό στοιχείο (μέσα ή έξω) και την διαχείριση της υγρασίας που πρέπει να γίνει με βάση τη δομή του κάθε υλικού. Υλικά ανοικτής δομής π.χ. πετροβάμβακας, υαλοβάμβακας και διογκωμένη πολυστερίνη έχουν μεγαλύτερη ανάγκη προστασίας από την υγρασία έναντι υλικών κλειστής δομής π.χ. εξηλασμένη πολυστερίνη. Συνεπώς, ανάλογα με το θερμομονωτικό υλικό διαφέρει και ο τρόπος χρήσης του στην κατασκευή και η χρήση του συνδυάζεται με στρώσεις υλικών που έπονται ή προηγούνται, ώστε να εξασφαλίζεται κατά το δυνατόν την καλύτερη θερμομονωτική του λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες. 

Άλλωστε, με βάση τις αρχές δομικής φυσικές τίθενται και σαφείς περιορισμοί από διεθνή πρότυπα, όπως π.χ σύμφωνα με το DIN 4108-10, σε αντεστραμμένα δώματα και μόνωση στα υπόγεια (περίμετρο και εδαφόπλακα) είναι απαγορευτική η χρήση άλλου αφρώδους πλαστικού μονωτικού πέραν της εξηλασμένης πολυστερίνη και μάλιστα με ειδικές απαιτήσεις ως προς τις μηχανικές αντοχές σε συμπίεση και ερπυσμό.