Acoperișul și materialele termoizolante

Acoperișul a fost gândit inițial mai mult ca protecție față de precipitații decât ca izolație termică. Este adevărat, unele materiale precum lemnul (șindrila, șița) sau ceramica au o oarecare inerție termică, ceea ce, o bună perioadă, a fost considerat suficient. Dar oamenii nu s-au preocupat prea mult de acest aspect, până în ultimele decenii, când s-a constatat că trebuie să fim mai economi și că eficiența energetică a clădirii depinde de întreaga anvelopă a construcției, inclusiv (sau mai ales) de acoperiș.

Un pic de termodinamică

La nivelul acoperișului se produc transferuri de căldură sub toate formele: prin convecție (aerul circulă prin pod și prin sistemul de învelitoare, transportând și energia înmagazinată), prin conducție (ele­­mentele de construcție aflate în contact permanent între ele) și, desigur, prin radiație termică (sau electromagnetică, din gama infraroșu). Unele studii, pe care nu este obligatoriu să le credem fără rețineri (dar merită amintite), spun că radiația termică este responsabilă de peste 90% din transferurile de căldură de la nivelul acoperișului, restul fiind transferuri prin conducție și, în foarte mică măsură, prin convecție. Aceste studii mai spun că, fiind vorba în pod doar de curenți ascendenți, transferul de căldură se realizează mai degrabă în sezonul rece, iar în sezonul cald mai puțin (această idee este discutabilă, întrucât curenții într-un pod sunt mai complecși). De aceea și unii producători recomandă montarea sub învelitoare a unei membrane cu rol de reflectare a acestor radiații (uneori chiar în locul barierei de umiditate). În orice caz, dacă vrem să simțim nemijlocit transferul de căldură prin radiație termică, este suficient să stăm într-un pod neizolat vara, în miezul zilei – ne vom confrunta cu puterea acestei radiații, care face transferul de energie de la corpul cu temperatură mai înaltă (învelitoare) la cel cu temperatură mai joasă (noi, planșeul etc.). Toată această energie se va transfera prin conducție către întreaga structură a clădirii, în special către mai puțin fericiții de la ultimul etaj, sau de la mansardă, atunci când este cazul. Iată de ce avem nevoie de un strat termoizolant care să atenueze aceste fenomene fizice, fie că materialul este amplasat sub învelitoare (peste astereală), sub căpriori ori între ei, sau chiar pe planșeul de sub pod.

Ce urmărim de fapt

În prezent, suntem deja familiarizați cu câteva materiale termoizolante, pe care le folosim în demersul nostru de a reduce pierderile de energie. Fie că vorbim de vată minerală, polistiren expandat, poliuretan, fibre de celuloză sau orice alt material folosit cu scopul respectiv, acestea trebuie să îndeplinească o serie de caracteristici menite să garanteze izolarea termică, confortul, dar și siguranța construcției, a  utilizatorului, a celui care pune în operă acel material (caracteristici menționate în fișele tehnice). Date fiind condițiile climatice din ţara noastră, cu temperaturi variate în funcție de anotimpuri, se recomandă elemente de închidere (învelitori) cu inerţie termică mare şi medie, dar nu sunt obligatorii. De regulă, șarpanta din lemn preia un pic din rolul termoizolant al acoperișului, deși există și acoperișuri pe structuri metalice sau din beton. În schimb, termoizolarea propriu-zisă presupune materiale complexe, adaptate cerințelor actuale de confort și siguranță. Astfel, prin izolarea termică se urmărește , pe de o parte, reducerea consumurilor energetice în exploatare sau asigurarea unei ambianțe termice corespunzătoare în interiorul spațiilor închise, iar pe de alta  eliminarea riscurilor de condens pe suprafața interioară a elementelor de construcție și evitarea acumulării de apă în structura elementelor de construcţie, ca urmare a condensării vaporilor. Proprietățile materialului termoizolant trebuie adaptate la zona construcției unde este aplicat (acoperiș, fațadă, fațadă ventilată, planșeu, fundație etc.) astfel încât umiditatea să poată fi eliminată pe cât se poate în mod natural. Observăm la marii producători de materiale termoizolante faptul că există game de produse dedicate, pentru fiecare element de construcție și chiar pentru diverse destinații ale spațiilor respective. În mare, pentru a evalua calitatea unui material termoizolant, vom ține cont de următoarele:

• Conductivitatea termică λ – aceasta trebuie să fie mai mică sau cel mult egală cu 0,10 W/(mK), pentru ca materialul să fie considerat termoizolant; cu cât este mai mică, cu atât este mai bine. Iată câteva valori aproximative, ale celor mai folosite materiale (specificăm: materiale, nu produse finite):
  • vata de sticlă: 0,035 W/mK;
  • vată bazaltică: 0,032 – 0,044 W/mK;
  • polistiren expandat EPS: 0,034 – 0,038 W/mK;
  • polistiren extrudat XPS: 0,033 – 0,035 W/mK;
  • spumă poliuretanică și poliizocianurat (PUR/PIR): 0,023 – 0,026 W/mK;
  • spumă fenolică: 0,020 W/mK;
  • spumă poliuretanică de joasă densitate: 0,039 W/mK;
  • sticlă celulară: 0,041 W/mK;
  • lână pentru construcții (tratată): 0,038 W/mK;
  • celuloză: 0,035 – 0,040 W/mK;
  • plăci din fibre de lemn: 0,038 W/mK.

• Densitatea aparentă în stare uscată a materialelor termoizolante trebuie să fie mai mică sau cel mult egală cu 550 kg/mc, pentru a încărca cât mai puțin structura construcției și a nu necesita sisteme majore de ancorare. De fapt, majoritatea materialelor termoizolante au sub 100 kg/mc. Aici, lucrurile depind de producător, care are o rețetă proprie de producție (de exemplu, putem avea EPS cu densități diferite, de la 20 la 80 kg/mc), dar și de montator – acesta va decide cum poziționează și presează o saltea de vată de sticlă, de exemplu.
• Stabilitate dimensională şi caracteristici fizico-mecanice corespunzătoare, în funcţie de structura elementelor de construcţie în care sunt înglobate sau de tipul straturilor de protecţie, astfel încât materialele să nu prezinte deformări sau degradări permanente, din cauza solicitărilor mecanice apărute în exploatare, agenţilor atmosferici sau acţiunilor excepţionale. De ase­menea, materialele termoizolante trebuie să permită o punere în operă care să păs­treze constanţa caracteristicilor fizico-mecanice şi de izolare termică.
• Durabilitatea trebuie să fie în concordanţă cu durabilitatea clădirilor şi a elementelor de construcţie în care sunt înglobate, cât şi cu gradul de accesibilitate pentru eventualele intervenţii în caz de degradare a izolaţiei termice. Există și materiale termoizolante biodegradabile, apre­ciate în cadrul curentului ecologist, dar acestea sunt tratate preventiv împotriva insectelor, rozătoarelor și microorganismelor. De exemplu, celuloza este amestecată cu substanțe precum acidul boric.
• Comportarea la foc a materialelor termoizolante utilizate trebuie să fie în concordanţă cu condiţiile normate prin reglementările tehnice privind siguranţa la foc, astfel încât să nu deprecieze rezistenţa la foc a elementelor de construcţie pe care sunt aplicate/înglobate. Există materiale termoizolante care nu ard, precum vata de sticlă sau bazaltică, dar există și altele care, în condiții normale, ard și întrețin arderea; acestea din urmă sunt produse în ultimul timp în variante ignifugate (chiar dacă sunt afectate de foc, nu propagă incendiul).
• Permeabilitatea la vapori este importantă pentru a evita acumularea de ume­zeală în structura construcției prin condens și se măsoară pentru fiecare produs în parte. Se poate afirma că umiditatea apărută sub formă de condens contribuie la transferul de căldură sub formă de conducție. Unele materiale au această caracteristică (vata de sticlă și cea bazaltică, celuloza, lâna, fibrele vegetate de paie, lemn sau cânepă, spuma poliuretanică cu celulă deschisă, aerogelul), altele pot fi considerate impermeabile sau cu o permeabilitate redusă: polis­tirenul, PUR cu celulă închisă, PIR, sticla celulară. Acestea din urmă se vor monta pe exteriorul construcției, ulterior fiind necesare metode și echipamente specifice de ventilare a interioarelor, astfel încât umezeala să nu persiste în pereți și planșee. Oricum, materialele respective trebuie să fie stabile la umiditate sau să fie protejate împotriva umidităţii.
• Materialele utilizate la realizarea izolaţiei termice a elementelor de construcţie nu trebuie să emane în decursul exploa­tării mirosuri, substanţe toxice, radio­­active sau alte substanţe dăunătoare pen­tru sănătatea oamenilor sau care să producă poluarea mediului înconjurător. În trecut, se folosea ca material termoizolant az­bestul, dar de câteva decenii a fost interzis din cauza afectelor sale nocive asupra sănătății.
• În cazul utilizării izolaţiei termice din materiale care pe parcursul exploatării pot degaja pulberi în atmosferă, trebuie să se realizeze protecţia etanşă sau înglobarea în structuri protejate a acestora.
• Trebuie să permită aplicarea lor în structura elementelor de construcţie sau aplicarea unor straturi de protecţie pe suprafaţa lor.
• Să nu conţină sau să degaje substanţe care să degradeze elementele cu care vin în contact (inclusiv prin coroziune).
• Materialele termoizolante care se montează prin procedee la cald nu trebuie să prezinte fenomene de înmuiere sau tasare la temperaturi mai mici decât cele de aplicare. În caz contrar, ele vor trebui să fie prevăzute din fabricaţie cu un strat de protecţie.

În mod firesc, materialele acestea trebuie să fie agrementate tehnic pentru utilizarea la lucrări de izolaţii termice în construcţii și să aibă certificate de conformitate privind calitatea.

În certificatul de calitate trebuie să se specifice numărul normei tehnice de fabricaţie (standard de produs, agrement tehnic, normă sau marcă de fabricaţie etc.). Transportul, manipularea şi depozitarea materialelor termoizolante trebuie să se facă cu asigurarea tuturor măsurilor necesare pentru protejarea şi păstrarea caracteristicilor funcţionale ale acestor materiale. Aceste măsuri trebuie asigurate atât de producătorii, cât şi de utilizatorii materialelor termoizolante respective.

Acoperișul a fost gândit inițial mai mult ca protecție față de precipitații decât ca izolație termică. Este adevărat, unele materiale precum lemnul (șindrila, șița) sau ceramica au o oarecare inerție termică, ceea ce, o bună perioadă, a fost considerat suficient. Dar oamenii nu s-au preocupat prea mult de acest aspect, până în ultimele decenii, când s-a constatat că trebuie să fim mai economi și că eficiența energetică a clădirii depinde de întreaga anvelopă a construcției, inclusiv (sau mai ales) de acoperiș.

Un pic de termodinamică

La nivelul acoperișului se produc transferuri de căldură sub toate formele: prin convecție (aerul circulă prin pod și prin sistemul de învelitoare, transportând și energia înmagazinată), prin conducție (ele­­mentele de construcție aflate în contact permanent între ele) și, desigur, prin radiație termică (sau electromagnetică, din gama infraroșu). Unele studii, pe care nu este obligatoriu să le credem fără rețineri (dar merită amintite), spun că radiația termică este responsabilă de peste 90% din transferurile de căldură de la nivelul acoperișului, restul fiind transferuri prin conducție și, în foarte mică măsură, prin convecție. Aceste studii mai spun că, fiind vorba în pod doar de curenți ascendenți, transferul de căldură se realizează mai degrabă în sezonul rece, iar în sezonul cald mai puțin (această idee este discutabilă, întrucât curenții într-un pod sunt mai complecși). De aceea și unii producători recomandă montarea sub învelitoare a unei membrane cu rol de reflectare a acestor radiații (uneori chiar în locul barierei de umiditate). În orice caz, dacă vrem să simțim nemijlocit transferul de căldură prin radiație termică, este suficient să stăm într-un pod neizolat vara, în miezul zilei – ne vom confrunta cu puterea acestei radiații, care face transferul de energie de la corpul cu temperatură mai înaltă (învelitoare) la cel cu temperatură mai joasă (noi, planșeul etc.). Toată această energie se va transfera prin conducție către întreaga structură a clădirii, în special către mai puțin fericiții de la ultimul etaj, sau de la mansardă, atunci când este cazul. Iată de ce avem nevoie de un strat termoizolant care să atenueze aceste fenomene fizice, fie că materialul este amplasat sub învelitoare (peste astereală), sub căpriori ori între ei, sau chiar pe planșeul de sub pod.

Ce urmărim de fapt

În prezent, suntem deja familiarizați cu câteva materiale termoizolante, pe care le folosim în demersul nostru de a reduce pierderile de energie. Fie că vorbim de vată minerală, polistiren expandat, poliuretan, fibre de celuloză sau orice alt material folosit cu scopul respectiv, acestea trebuie să îndeplinească o serie de caracteristici menite să garanteze izolarea termică, confortul, dar și siguranța construcției, a  utilizatorului, a celui care pune în operă acel material (caracteristici menționate în fișele tehnice). Date fiind condițiile climatice din ţara noastră, cu temperaturi variate în funcție de anotimpuri, se recomandă elemente de închidere (învelitori) cu inerţie termică mare şi medie, dar nu sunt obligatorii. De regulă, șarpanta din lemn preia un pic din rolul termoizolant al acoperișului, deși există și acoperișuri pe structuri metalice sau din beton. În schimb, termoizolarea propriu-zisă presupune materiale complexe, adaptate cerințelor actuale de confort și siguranță. Astfel, prin izolarea termică se urmărește , pe de o parte, reducerea consumurilor energetice în exploatare sau asigurarea unei ambianțe termice corespunzătoare în interiorul spațiilor închise, iar pe de alta  eliminarea riscurilor de condens pe suprafața interioară a elementelor de construcție și evitarea acumulării de apă în structura elementelor de construcţie, ca urmare a condensării vaporilor. Proprietățile materialului termoizolant trebuie adaptate la zona construcției unde este aplicat (acoperiș, fațadă, fațadă ventilată, planșeu, fundație etc.) astfel încât umiditatea să poată fi eliminată pe cât se poate în mod natural. Observăm la marii producători de materiale termoizolante faptul că există game de produse dedicate, pentru fiecare element de construcție și chiar pentru diverse destinații ale spațiilor respective. În mare, pentru a evalua calitatea unui material termoizolant, vom ține cont de următoarele:

• Conductivitatea termică λ – aceasta trebuie să fie mai mică sau cel mult egală cu 0,10 W/(mK), pentru ca materialul să fie considerat termoizolant; cu cât este mai mică, cu atât este mai bine. Iată câteva valori aproximative, ale celor mai folosite materiale (specificăm: materiale, nu produse finite):
  • vata de sticlă: 0,035 W/mK;
  • vată bazaltică: 0,032 – 0,044 W/mK;
  • polistiren expandat EPS:
  • 0,034 – 0,038 W/mK;
  • polistiren extrudat XPS:
  • 0,033 – 0,035 W/mK;
  • spumă poliuretanică și poliizocianurat (PUR/PIR): 0,023 – 0,026 W/mK;
  • spumă fenolică: 0,020 W/mK;
  • spumă poliuretanică de joasă densitate: 0,039 W/mK;
  • sticlă celulară: 0,041 W/mK;
  • lână pentru construcții (tratată):
  • 0,038 W/mK;
  • celuloză: 0,035 – 0,040 W/mK;
  • plăci din fibre de lemn: 0,038 W/mK.

• Densitatea aparentă în stare uscată a materialelor termoizolante trebuie să fie mai mică sau cel mult egală cu 550 kg/mc, pentru a încărca cât mai puțin structura construcției și a nu necesita sisteme majore de ancorare. De fapt, majoritatea materialelor termoizolante au sub 100 kg/mc. Aici, lucrurile depind de producător, care are o rețetă proprie de producție (de exemplu, putem avea EPS cu densități diferite, de la 20 la 80 kg/mc), dar și de montator – acesta va decide cum poziționează și presează o saltea de vată de sticlă, de exemplu.
• Stabilitate dimensională şi caracteristici fizico-mecanice corespunzătoare, în funcţie de structura elementelor de construcţie în care sunt înglobate sau de tipul straturilor de protecţie, astfel încât materialele să nu prezinte deformări sau degradări permanente, din cauza solicitărilor mecanice apărute în exploatare, agenţilor atmosferici sau acţiunilor excepţionale. De ase­menea, materialele termoizolante trebuie să permită o punere în operă care să păs­treze constanţa caracteristicilor fizico-mecanice şi de izolare termică.
• Durabilitatea trebuie să fie în concordanţă cu durabilitatea clădirilor şi a elementelor de construcţie în care sunt înglobate, cât şi cu gradul de accesibilitate pentru eventualele intervenţii în caz de degradare a izolaţiei termice. Există și materiale termoizolante biodegradabile, apre­ciate în cadrul curentului ecologist, dar acestea sunt tratate preventiv împotriva insectelor, rozătoarelor și microorganismelor. De exemplu, celuloza este amestecată cu substanțe precum acidul boric.
• Comportarea la foc a materialelor termoizolante utilizate trebuie să fie în concordanţă cu condiţiile normate prin reglementările tehnice privind siguranţa la foc, astfel încât să nu deprecieze rezistenţa la foc a elementelor de construcţie pe care sunt aplicate/înglobate. Există materiale termoizolante care nu ard, precum vata de sticlă sau bazaltică, dar există și altele care, în condiții normale, ard și întrețin arderea; acestea din urmă sunt produse în ultimul timp în variante ignifugate (chiar dacă sunt afectate de foc, nu propagă incendiul).
• Permeabilitatea la vapori este importantă pentru a evita acumularea de ume­zeală în structura construcției prin condens și se măsoară pentru fiecare produs în parte. Se poate afirma că umiditatea apărută sub formă de condens contribuie la transferul de căldură sub formă de conducție. Unele materiale au această caracteristică (vata de sticlă și cea bazaltică, celuloza, lâna, fibrele vegetate de paie, lemn sau cânepă, spuma poliuretanică cu celulă deschisă, aerogelul), altele pot fi considerate impermeabile sau cu o permeabilitate redusă: polis­tirenul, PUR cu celulă închisă, PIR, sticla celulară. Acestea din urmă se vor monta pe exteriorul construcției, ulterior fiind necesare metode și echipamente specifice de ventilare a interioarelor, astfel încât umezeala să nu persiste în pereți și planșee. Oricum, materialele respective trebuie să fie stabile la umiditate sau să fie protejate împotriva umidităţii.
• Materialele utilizate la realizarea izolaţiei termice a elementelor de construcţie nu trebuie să emane în decursul exploa­tării mirosuri, substanţe toxice, radio­­active sau alte substanţe dăunătoare pen­tru sănătatea oamenilor sau care să producă poluarea mediului înconjurător. În trecut, se folosea ca material termoizolant az­bestul, dar de câteva decenii a fost interzis din cauza afectelor sale nocive asupra sănătății.
• În cazul utilizării izolaţiei termice din materiale care pe parcursul exploatării pot degaja pulberi în atmosferă, trebuie să se realizeze protecţia etanşă sau înglobarea în structuri protejate a acestora.
• Trebuie să permită aplicarea lor în structura elementelor de construcţie sau aplicarea unor straturi de protecţie pe suprafaţa lor.
• Să nu conţină sau să degaje substanţe care să degradeze elementele cu care vin în contact (inclusiv prin coroziune).
• Materialele termoizolante care se montează prin procedee la cald nu trebuie să prezinte fenomene de înmuiere sau tasare la temperaturi mai mici decât cele de aplicare. În caz contrar, ele vor trebui să fie prevăzute din fabricaţie cu un strat de protecţie.

În mod firesc, materialele acestea trebuie să fie agrementate tehnic pentru utilizarea la lucrări de izolaţii termice în construcţii și să aibă certificate de conformitate privind calitatea.

În certificatul de calitate trebuie să se specifice numărul normei tehnice de fabricaţie (standard de produs, agrement tehnic, normă sau marcă de fabricaţie etc.). Transportul, manipularea şi depozitarea materialelor termoizolante trebuie să se facă cu asigurarea tuturor măsurilor necesare pentru protejarea şi păstrarea caracteristicilor funcţionale ale acestor materiale. Aceste măsuri trebuie asigurate atât de producătorii, cât şi de utilizatorii materialelor termoizolante respective.