Cerințe ale materialelor de anvelopare a clădirilor

Cerințe ale materialelor de anvelopare a clădirilor

Consumul de energie al unei clădiri este puternic dependent de caracteristicile anvelopei sale. Performanța termică a pereților exteriori reprezintă un factor cheie pentru creșterea eficienței energetice în sectorul construcțiilor și pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră.

Izolarea termică este, fără îndoială, una dintre cele mai bune modalități de a reduce consumul de energie, atât din cauza încălzirii de iarnă, cât și a răcirii de vară.

Materialele izolante joacă un rol important în acest scenariu, deoarece selectarea materialului corect, grosimea  și poziția sa, permit obținerea unor condiții bune de confort termic interior și economii de energie adecvate.

Ca urmare, proprietățile termice sunt extrem de importante, dar nu sunt singurele care trebuie luate în considerare. Atunci când se proiectează anvelopa unei clădiri se vor urmări: izolarea fonică, rezistența la foc, permeabilitatea la vapori de apă și impactul asupra mediului.

Impactul asupra sănătății umane trebuie, de asemenea, să fie evaluat cu atenție. Aceste cerințe au făcut obiectul unei teme de cercetare care s-a concretizat prin lucrarea cu titlul ”Insulation materials for the building sector: a review and comparative analysis” semnată de S. Schiavonia, D’Alessandroa,și Bianchia F. Asdrubalia, de la Universitatea din Perugia. Iată mai jos, principalele concluzii.

O abordare multidisciplinară

Scopul lucrării a fost acela de a oferi o analiză a principalelor materiale de izolare comercializate (convenționale, alternative și avansate), pentru sectorul construcțiilor, printr-un sistem holistic și multidisciplinar de abordare, luând în considerare proprietățile termice, proprietățile acustice, reacția la foc și rezistența la vapori de apă.

Problemele de mediu au fost, de asemenea, luate în considerare prin intermediul abordării evaluării ciclului de viață. Au fost efectuate 26 de analize comparative, luând în considerare și materialele de izolare neconvenționale care nu sunt încă prezente pe piață.

În cele din urmă, a fost realizat un studiu de caz care a evaluat atât transmitanța termică, cât și proprietățile termice dinamice ale unui perete ușor și trei pereți grei, cu diferite tipuri de materialelor izolante și modalitățile de instalare (izolare externă, internă sau de cavitate).

Problemele energetice sunt capitale

În ultimele decenii, atenția asupra problemelor energetice și de mediu a crescut exponențial și multe politici internaționale și naționale au fost dezvoltate pentru a garanta o durabilitate mai mare a viitorului planetei. În acest context, Uniunea Europeană a acordat o atenție deosebită clădirilor, deoarece ele sunt responsabile pentru 40% din consumul total de energie din Europa.

În plus, potențialele nerealizate de eficiență energetică în sectorul construcțiilor sunt enorme, iar adoptarea masivă a măsurilor de economisire a energiei în acest sector ar putea reprezenta o soluție pentru o scădere puternică a emisiilor de gaze de seră.

Învelișul exterior al unei clădiri joacă un rol important, deoarece afectează puternic microclimatul din jur, fiind o graniță între mediul intern și extern, influențând confortul termic al locuitorilor și pierderile de energie în timpul fazei de operare.

În contextul durabilității, evaluarea ciclului de viață al componentelor clădirilor și, de asemenea, a unor clădiri întregi, a devenit din ce în ce mai importantă, pentru a lua în considerare ansamblul consumurilor de energie, începând de la construcție și  până la demolare. Mai multe protocoale de mediu pentru evaluarea clădirilor, cum ar fi LEED sau BREEAM, sunt acum răspândite, pentru a evalua durabilitatea reală a unei clădiri.

Cea mai mare parte a consumului de energie pentru clădiri poate fi încă atribuită fazei de funcționare, care este influențată de mai mulți factori, precum eficiența sistemelor HVAC, termoizolații ale ferestrelor și ușilor, pierderile prin punți termice și performanța termică a pereților opaci.  Dezvoltarea acestei din urmă caracteristici în ultimele decenii a dus la performanță termică optimă a pereților verticali, din punct de vedere al transmitanței termice.

Incidența pierderilor termice

Mai mult, incidența din pierderile termice prin pereții opaci, pe întreaga pierdere de energie a clădirii, reprezintă o cantitate mare, astfel încât utilizarea pereților cu izolație adecvată a devenit esențială.

În acest context, materialul de izolare este stratul care contribuie în principal la comportamentul termic general al pereților opaci în timpul anotimpurilor de iarnă și de vară, răspunzând condițiilor externe cu specificul său termofizi proprietăți.

Ca urmare, materialele izolante trebuie să garanteze performanțe acceptabile pe tot parcursul ciclului de viață al clădirii, dar performanța termică nu este singurul parametru care ar trebui abordat, atunci când se selectează un material izolator.

Alegerea acestor materiale în sectorul construcțiilor începe să fie inspirată de o abordare holistică, o abordare care are în vedere și caracteristici non-termice, cum ar fi izolarea fonică, rezistența la foc, permeabilitatea vaporilor de apă și impactul asupra mediului și asupra sănătății umane.

De aici și piața eco-materialelor de izolare prietenoase, locale și durabile, caracterizate prin performanțe de izolație decente și cuconsumuri reduse de energie încorporată, o piață care este în creștere rapidă.

În același timp, izolatori inovatori, cum ar fi VIP (panouri izolante vidate), GFP (panouri umplute cu gaz) și aerogeluri, care combină dimensiunea subțire, ușurința și valorile extrem de scăzute ale conductivității termice, intră pe piață acaparând cote din ce în ce mai importante.

Inducerea economiilor de energie

Mai mult, o serie studii au arătat că se pot induce prin utilizarea PCM (Phase Change Materials), ca sisteme de stocare termică în clădiri, economii semnificative de energie. Cu toate acestea, prezenta clasă de materiale nu a fost analizată îndeajuns.

De aceea, s-a urmărit creionarea unei imagini de ansamblu asupra materialelor izolante pentru sectorul construcțiilor, luând în considerare principalele produse comercializate care acoperă trei domenii: convențional, alternativ, avansat.

Au trebuit luate în considerare mai multe caracteristici, pentru a oferi o imagine globală a produse. O revizuire a principalelor standarde internaționale pentru evaluarea caracteristicilor produsului a urmărit: proprietățile termice și acustice, rezistența la vapori de apă, reacția la incendiu și impactul asupra mediului.

Rezultatele unei analize comparative privind performanța termică dinamică au fost deasemenea raportate, pentru a arăta influența materialului de izolație pentru performanța termică a întregului perete.

Pe lângă studiul materialelor comercializate au fost luate în considerare, de asemenea, 44 de produse neconvenționale (necomercializate sau abia comercializate), studiate în 45 de analize comparative. Iată ce s-a determinat

Caracterizarea termică

Parametrii principali care exprimă performanța termică a unui material izolant sunt conductivitatea termică pentru starea de echilibru, și difuzivitatea termică pentru starea de echilibru. Conductivitatea termică este fluxul de căldură care trece printr-o zonă unitară a unui material omogen, gros de 1 m, datorită unui gradient de temperatură egal cu 1 K, exprimat în W/mK.

Condițiile instabile sau dinamice trebuie luate în considerare atunci când debitul de căldură sau temperatura variază pe una sau ambele limite ale component luat în calcul.

Difuzivitatea termică este raportul dintre conductivitatea termică, mai precis, capacitatea de a conduc energia termică, și produsul densității  și capacitatea termică specifică Cp, care exprimă capacitatea materialului de a stoca energia termică.

Astfel, difuzivitatea termică descrie propagarea termică în valuri în interiorul materialului care compune peretele. Propagarea este exprimată în m/s și este o cantitate derivată, compusă din proprietăți intrinseci din material. Cantitățile menționate mai sus pot fi măsurate sau evaluate cu o serie de metode de inginerie.

Caracterizarea acustică

Din punct de vedere acustic, materialele de construcție pot fi caracterizate în funcție de capacitatea lor de a contrasta transmiterea sunetului și pentru a absorbi undele sonore care afectează clădirea și oamenii. În primul caz de impact aerian și structural, sunt luate în considerare 19 proprietăți de izolare fonică.

Absorbția sonoră, pe de altă parte, definește partea din energie acustică disipată în interiorul unui material din cauza fricțiunii sau pierderii termice (materiale poroase) sau a fenomenelor de rezonanță (absorbante perforate și cu membrană). În timp ce absorbanții de sunet poroși sunt de obicei izolatori termici buni, invers nu este întotdeauna adevărat.

Absorbantele acustice necesită prezența aerului și deplasarea în interiorul materialului, astfel încât porozitatea deschisă este esențială. Dimpotrivă, porozitatea închisă este de obicei  benefică pentru izolatorii termici datorită prezenței aerului liniștit din interiorul cavităților.

În ceea ce privește aerul, la izolarea fonică, această caracteristică este puternic dependentă de masa materialelor: materialele ușoare sunt de obicei izolatoare acustice slabe.

Izolarea fonică a unei structuri masive depinde în principal de performanța celor mai grele componente, cum ar fi zidăria sau betonul. Dacă un perete dublu are în componență un material fonoabsorbant în spațiu, el permite limitarea rezonanțelor cavității și, în consecință, crește izolația fonică a peretelui.

La rândul lor, amortizoarele sunt folosite pentru a reduce timpul de reverberare a camerelor, cu un efect benefic asupra confortului acustic și asupra înțelegerii vorbirii.  Valorile optime ale timpului de reverberație sunt definite în funcție de activitățile care trebuie efectuate în interiorul  unei camere, în funcție de volumul său.

Caracterizarea de mediu și evaluarea ciclului de viață

Evaluarea ciclului de viață (ACV) este o metodologie bine definită pentru a evalua impactul serviciilor asupra mediului sau produselor. Procedurile pentru efectuarea acestei evaluări sunt specificate în standardele ISO 14040și 14044. LCA permite măsurarea sarcinii de mediu prin intermediul mai multor indicatori. Cel mai folosite sunt cererea de energie cumulativă (CED) și potențialul de încălzire globală (IPPC GWP 2007).

CED este energia primară consumată direct și indirect, în timpul ciclului de viață considerat al evaluării produs. IPPC GWP 2007 este utilizat pentru a evalua impactul asupra încălzirii globale a unui produs pe parcursul ciclului său de  viață.Pentru determinarea precisă se ia în considerare toate emisiile de gaze, care sunt calculate în termeni de kilograme de CO2 echivalent. Indicatorul poate fi exprimat în trei orizonturi de timp: 20, 50 și 100

Reacția la foc

Comportamentul materialelor izolante sub incendiu poate fi responsabil de probleme grave de siguranță. Câteva studii au dovedit că fumurile toxice sunt cele mai importante cauze în decesele provocate de incendii. În consecință, la selectarea unui material de construcție trebuie să fie atât temperatura de aprindere, cât și producția de fum considerat.

Standardul european EN 13501-1 definește un sistem de evaluare bazat pe parametrii. La calcul se adaugă condițiile necesare pentru apartenența la fiecare clasă pentru materialele de construcție (pardoseli, cabluri electrice și izolații ale țevilor excluse).

Clasificarea suplimentară definește dezvoltarea fumului și scăderea combustiei în timpul arderii. Cantitatea de fum produsă crește de la s1 la s3, în timp ce cantitatea de picături crește de la d1 la d3.

Factorul de rezistență la vapori de apă (valoarea μ)

Factorul de rezistență la vapori de apă este un parametru adimensional, utilizat pentru a evalua permeabilitatea la vapori a materialelor de construcție, în comparație cu valoarea unitară atribuită aerului.

Cu cât valoarea μ este mai mare, cu atât este mai mică permeabilitatea. Pe lângă rezistența la vapori de apă, grosimea echivalentă a stratului de aer sd este uneori folosit. El reprezintă grosimea echivalentă a aerului, caracterizată prin aceeași rezistență la apă și difuzia de vapori a materialului analizat.

Factorul de rezistență se calculează înmulțind valoarea μ cu grosimea materialului raportat în metri. Un material este considerat ca o barieră de vapori dacă sd ≥ 1000-1500 m și ca un întârziat de vapori, dacă sd ≥ 10 m. Valoarea μ pentru materialele izolante poate fi determinată prin EN 12086 și EN 12088, care definesc procedurile de cuantificare a cantității de apă absorbită prin difuzie într-o perioadă lungă de timp.

infoconstruct