Cum evaluăm un material termoizolant

Confortul termic și eficiența energetică pentru o locuință, sau pentru o clădire în general, depind, în primul rând, de materialele utilizate. Oricât ne-am strădui să etanșeizăm (ceea ce, de fapt, nici nu este recomandat, pentru că avem nevoie de aer), să găsim surse de energie mai eficiente sau să încercăm o proiectare mai inteligentă, principala miză rămâne capacitatea materialelor folosite de a izola, de a evita transferul termic. Aceasta cu atât mai mult în contextul problemelor actuale legate de energie – prețul în creștere, disponibilitatea greu predictibilă de resurse și dorința de a reduce consumul din considerente ecologice.

Toate materialele și elementele de construcție, de la fundație și struc­tură la ziduri, ferestre și aco­periș, inclusiv finisajele acestora, contribuie într-un fel sau altul la redu­cerea risipei de energie. Dacă facem abstracție de fundație, aproape 90% din pierderile de energie se produc prin anvelopa clădirii: ziduri exterioare, ferestre, acoperiș. Adică ceea ce repre­zintă zona de interes a acestei reviste. Acoperișul, raportat la su­pra­fața sa, înregistrează cele mai mai pierderi, cu siguranță, deoarece căldura întregii construc­ții tinde să migreze, prin intermediul curenților de aer, către partea superioară a construcției.

O privire de ansamblu

Dată fiind această stare de fapt, legislația și normativele din domeniul construcțiilor au încurajat în ultimele decenii folosirea de materiale cu pro­prietăți termoizolante, dar în mod indirect, prin prevederea de rezistențe termice optime pentru diverse ele­mente de construcție. După cum știm, avem din anii 2021 – 2022 noi repere de eficiență energetică prin adoptarea standardelor nZEB, care prevăd ca toate proiectele noi să aibă anvelope mai performante și echipamente de încăl­zire mai eficiente, cu recuperare de căldură și folosirea de surse de energie sustenabile. Avem și o metodologie de calcul al performanței energetice a clădirilor – unii specialiști consideră că există încă aspecte neclare în legislație, dar se poate considera că am făcut un pas important în acest domeniu. Prac­tic, orice nou proiect trebuie să înde­­plinească anumite standarde de calitate, iar proiectul trebuie respectat în­tocmai (altfel, nu se poate face re­cep­ția la încheierea lucrărilor și re­­cepția finală). Responsabilitatea re­vine, astfel, în bună măsură, pro­iec­­­tanților și autorităților, care au pâr­­g­hii concrete de a controla efi­ciența ener­­­getică a clădirilor. Este un pas înainte, deoarece legislația ante­rioa­ră prac­tic recomanda, nu obliga; atâta vreme cât nu ai și mijloace de coerciție (amenzi, sistarea lucrărilor etc.), nu ai nicio garanție că standardele vor fi res­pectate. Să ne amintim câteva din pre­ve­derile Normativului privind proiec­tarea clă­dirilor de locuințe NP 057 – 02, care viza construcțiile proiec­tate după 1 ianuarie 1998. Era un pro­gres impor­tant față de ceea ce se proiecta în perioada co­mu­nistă, când nu exista o preocupare prea mare pentru eco­nomia de energie (deși se făcea apel frecvent la aceasta), dar în condițiile actuale cerințele devin tot mai exi­gente.

Conform acestui document, limi­tarea consumurilor energetice pentru încălzirea clădirii pe timp de iarnă se realiza (lucru valabil și azi) “printr-o concepție corectă, generală și de detaliu”, adică:

– realizarea unei configuraţii volumetrice optime a clădirii;

– evitarea detaliilor care conduc la crearea unor punţi termice;

– prevederea unui procent de vitrare raţional;

– orientarea optimă a clădirii faţă de punctele cardinale şi faţă de direcţia vântului dominant.

În același document, erau pre­vă­zute caracteristicile termoizolante ale clădirii, dar nu la nivel de materiale utilizate, ci ca rezistențe termice ale elementelor de construcție (care pu­teau include materiale termoizolante sau nu). Iată tabelul:

După cum observăm, planșeul de deasupra ultimului etaj (sub pod) trebuia termoizolat consistent, dar știm că situația în realitate era cu totul alta. Existau terase de blocuri neizolate termic, iar în pod rareori găseai o so­luție de stopare a pierderilor de energie. Lucrurile s-au mai remediat între timp.

Există, de asemenea, pre­ve­deri refe­ritoare la prevenirea con­densului pe suprafețele interioare ale închi­derilor exterioare (deci anve­lopei), respectiv în interiorul acestor închideri exterioare – aspecte care țin, de ase­menea, de capacitatea termo­izo­lantă a unui material.

După cum observăm, nu se im­pune un material anume, sau o gamă de materiale, alegerea aceasta fiind lăsată beneficiarului sau arhi­tectului, ceea ce este absolut corect. Ce-i drept, avem la dispoziție o gamă largă de materiale termoizolante, iar mate­ria­lele de construcție propriu-zise au devenit tot mai complexe, fiind fur­nizate uneori sub formă de sisteme care includ produse termoizolante (panouri sandwich cu stratificație complexă, fațade ventilate, cărămidă cu inserții de vată minerală, betoane ușoare sau în amestec cu diverse particule, învelitori de acoperiș cu straturi de protecție etc.).

O evaluare corectă

Alegerea materialelor în funcție de caracterul lor termoizolant nu este o sarcină ușoară, dacă nu ești specialist. Și cum această alegere este făcută deseori de beneficiari, este cazul să discutăm despre cum evaluăm ma­terialele ca termoizolante, sau, din contră, ca punți termice, adică zone prin care înregistrăm pierderi semni­fica­tive. Aici trebuie făcută o men­­țiune: nu totdeauna materialele tre­buie să fie termoizolante pentru a corespunde nevoilor noastre. Dacă avem nevoie de un material care să fie aplicat peste încălzirea în pardoseală ori pereți, sau în general obținerea unei suprafețe radiante, miza este ca acesta să permită transferul termic prin conducție, nu să îl împiedice, pentru că altfel nu vom obține efectul dorit.

Cea mai simplă metodă de evaluare, una intuitivă, este să pipăim materialul respectiv și, dacă îl simțim rece la mână, înseamnă că nu este un bun termoizolant (absoarbe căldura mâinii și o disipă cu rapiditate). Ce facem însă dacă avem un material multistrat sau compozit? Vom apela la o metodă ceva mai complicată, dar mai corectă: să citim valorile para­me­trilor menționați pe fișele de produs. Multe dintre fișele tehnice men­ționează aceste mărimi fizice, pentru ca utilizatorii să cunoască perfor­manțele termotehnice ale ma­te­rialelor și să decidă, în con­se­cință, cantitățile ce trebuie puse în operă.

Așadar, avem la îndemână câțiva parametri care ne arată caracterul termoizolant, cei mai întâlniți fiind conductivitatea termică, rezistența termică și coeficientul de transfer termic. În practică, existența mai multor parametri poate crea confuzie și este nevoie să discutăm despre ei într-un limbaj comun. Să-i luăm pe rând.

Conductivitatea termică

Notată cu λ – lambda (sau uneori k), conductivitatea termică arată capa­citatea unui material de a transmite căldura prin conducție, atunci când există o diferență de tem­peratură între două fețe ale sale. Uni­tatea de măsură este W/mK (W – Watt, m – metru, K – Kelvin). A apă­rut ca o consecință a legii lui Fourier (Joseph Fourier – fizician francez care a trăit la începutul secolului al XIX-lea) și este specifică fiecărui material, indiferent de dimensiunile sale. Este o mărime fizică gândită pentru mate­ria­lele relativ omogene, compuse dintr-un singur strat. Cu cât con­duc­tivitatea termică este mai mare, cu atât va crește și capacitatea mate­rialului de a transfera căldură, deci va fi mai slab termoizolant. Dacă un panou de polistiren are grosime de 1 cm sau 20 cm, λ va fi același; cunos­când acest parametru, ne putem da seama de capacitatea sa de termo­izolare în general, iar pentru a obține o termoizolare mai bună vom mări grosimea stratului (sau vom opta pentru alt material cu performanțe supe­rioare, la aceeași grosime). Un ma­terial este considerat termoizolant de către normativele românești dacă are λ mai mic sau egal cu 0,10 W/mK (cu cât este mai mic, cu atât mai bine). Conductivitatea termică a unui ma­terial depinde de producător și de evoluția în timp a tehnologiilor de fabricare. De exemplu, în trecut BCA-ul, cu λ = 0,14 W/mK, era considerat material termoizolant; astăzi, oricât ar fi de performant, nu mai este evaluat ca atare, pentru că λ nu poate coborâ sub 0,11 W/mK, astfel încât să cores­pundă și exigențelor legate de por­tanță sau permeabilitate la ume­zeală.

Iată și alte valori aproxi­mative ale acestui parametru, care pot diferi în funcție de producător:

– Materiale care nu pot fi consi­derate termoizolante: beton – 1,45 W/mK, piatră – 2,90 W/mK, cărămidă (ceramică) – 0,9 W/mK, lemn de stejar – 0,38 W/mK, lemn de pin – 0,28 W/mK.

– Materiale considerate termo­izolante: polistiren expandat – 0,04 W/mK, polistiren extrudat – 0,035 W/mK, vată minerală – 0,034 până la 0,041 W/mK, poliuretan 0,02 W/mK, lâna de oaie – 0,04 W/mK (conduc­tivitatea termică depinde de gradul de comprimare, tipul de celulă închisă sau deschisă la materialele sintetice, aditivi sau particule de altă natură înglobate).

Așa cum menționam anterior, con­ductivitatea termică este un para­metru util în cazul materialelor omogene, deci nu ne este de folos în cazul unor produse cu structură complexă, de exemplu ferestre, siste­me de mansardă sau chiar ziduri din cărămidă, cu mortar și sistem ter­moizolant. Se pot face calcule pen­tru materiale compuse, dar acestea nu sunt accesibile celor nefamiliarizați cu matematicile superioare. În conse­cință, a fost luat în calcul încă un para­metru, despre care vom vorbi în continuare.

Rezistența termică R

Măsurat în m2K/W, este un parametru definit ca direct pro­por­țional cu grosimea materialului prin care trece căldura și invers pro­porțional cu conductivitatea termică λ, deci: R = d / λ. A fost con­ceput tot pentru materiale omogene, dar astfel încât să fie luată în calcul și grosimea stratului de material izolant; în felul acesta, putem evalua nu neapărat un material în general, ci un produs con­cret – de exemplu, o placă de po­liu­retan sau o saltea de vată mi­ne­rală, cu o grosime anume. Astfel, cu cât R este mai mare, cu atât materialul este mai bun termoizolant, deci vom avea pierderi de căldură mai mici.

Aici poate interveni o confuzie care provine din zona definirii termenilor englezești, confuzie care se propagă în lanț atunci când sunt traduse fișele tehnice. În engleză, “thermal resis­tance” are mai multe conotații: rezis­tența termică absolută Rt (de­pin­de de suprafața și grosimea ma­­te­rialului, fiind măsurată în K/W), rezistența termică specifică Rλ (este inver­sul conductivității termice despre care am vorbit anterior, fiind măsurată în Km/W) și izolarea termică sau factorul de izolare termică – “thermal insu­lance” (măsurată în m2K/W). Aceasta din urmă, denumită deseori R-value, depinde de grosimea și den­sitatea materialului și o întâlnim destul de des pe prospectele materialelor.

Este definită ca rezistența termică a unității de suprafață și a fost preluată în literatura de specialitate de la noi (ca și în cea internațională) ca “rezistență termică R”, definitorie pentru capa­cita­tea de izolare termică a ma­terialelor. În plus, este o mărime foarte utilă atunci când se calculează capa­citatea de termoizolare a pro­du­selor compuse din mai multe ma­teriale, în serie sau în paralel – cazul unui panou multistrat, ori al unei ferestre termoizolante (fără ramă sau toc).

Coeficientul de transfer termic U

Este de asemenea o mărime pe care o întâlnim deseori în fișele teh­nice și reprezintă cantitatea de căldură pe care o pierde un material, într-o unitate de timp (o secundă), când este supus la o anumită diferență de temperatură. Este notată în general cu U și, fiind inversul rezistenței termice definite mai sus, se măsoară în W/m2K. Depinde de grosimea mate­ria­lului, deci vom înțelege că acest coe­ficient de transfer termic este vala­bil pentru un produs cu o anumită grosime. Dacă știm care este valoarea rezistenței termice, putem calcula coeficientul de transfer termic (U=1/R) și invers (R=1/U). Dacă vrem să obținem o termoizolație per­for­mantă, vom dori ca acest U să fie cât mai mic. Este un parametru des întâlnit, de exemplu, la tâmplăria modernă și se notează cu UW. Cu cât UW este mai mic, cu atât fereastra este mai performantă. Sunt implicate o serie de calcule mai com­plexe, pe care nu are sens să le men­­ționăm de aici, deci ne vom raporta la cifrele oferite de producător per ansamblu.

Astfel, cunoscând unul dintre cei trei parametri menționați aici și făcând comparații, putem evalua un material, pentru a-l folosi la lucrările noastre de construcții. Dacă ajungem la concluzia că nu avem suficientă termoizolare, vom face ajustările necesare. Datele din fișele tehnice vor avea ecou și în cuan­tumul facturilor noastre la ener­gie.