Μια συγκριτική δοκιμή πεδίου
Η επιλογή θερμομονωτικού υλικού δεν μπορεί να βασίζεται μόνο στη συμπεριφορά του τον χειμώνα. Σε ένα θερμό μεσογειακό κλίμα, κρίσιμη είναι και η ταχύτητα με την οποία η εξωτερική ζέστη διαπερνά το δομικό στοιχείο και φτάνει στο εσωτερικό. Για τη διερεύνηση αυτής της συμπεριφοράς, η FUV πραγματοποίησε το 2016 συγκριτική δοκιμή γραφιτούχας διογκωμένης πολυστερίνης και πετροβάμβακα σε πραγματικές συνθήκες ηλιοφάνειας.
Κατασκευάστηκαν δύο κλειστά κουτιά ίδιων διαστάσεων, με αντίστοιχο πάχος από κάθε υλικό. Στο εσωτερικό τους τοποθετήθηκε ίση ποσότητα πάγου για τη δημιουργία τεχνητής ψύξης και από ένα θερμόμετρο, ενώ τρίτο θερμόμετρο κατέγραφε την εξωτερική θερμοκρασία. Τα δοκίμια τοποθετήθηκαν σε νοτιοανατολικό προσανατολισμό και οι μετρήσεις άρχισαν στις 6:30 το πρωί, ανά μία ώρα.
Η εξέλιξη των θερμοκρασιών
Στην αρχή της μέτρησης η εξωτερική θερμοκρασία ήταν 28,5 °C και στο εσωτερικό των δύο κουτιών περίπου 27,5 °C. Μετά την πρώτη ώρα, η τεχνητή ψύξη μείωσε τη θερμοκρασία κατά 13 °C στο κουτί της πολυστερίνης και κατά 8,8 °C στο κουτί του πετροβάμβακα. Η πολυστερίνη αντέδρασε ταχύτερα στην ψύξη, αλλά η εικόνα άλλαξε όσο αυξανόταν η ηλιακή επιβάρυνση.
Στις 15:30, όταν καταγράφηκε η μέγιστη εξωτερική θερμοκρασία, το εσωτερικό της πολυστερίνης είχε φτάσει στους 41 °C και του πετροβάμβακα στους 37 °C. Μέσα σε επτά ώρες ηλιοφάνειας, η θερμοκρασία του πρώτου δοκιμίου αυξήθηκε κατά 26,5 °C, ενώ του δεύτερου κατά 8,3 °C. Η μεγαλύτερη μάζα του ινώδους υλικού καθυστέρησε αισθητά τη μεταφορά της θερμότητας προς το εσωτερικό.
Μετά τις 19:30 η εξωτερική θερμοκρασία άρχισε να πέφτει, αλλά τα δύο δοκίμια παρέμεναν θερμότερα από το περιβάλλον. Ο πετροβάμβακας, που είχε καθυστερήσει την είσοδο της ζέστης κατά τη διάρκεια της ημέρας, την απέδιδε πλέον πιο αργά. Στη 1:30 τη νύχτα η θερμοκρασία στο κουτί της πολυστερίνης ήταν κατά 4,7 °C υψηλότερη από την εξωτερική και στο κουτί του πετροβάμβακα κατά 7 °C.
Τι δείχνει η θερμική υστέρηση
Η δοκιμή αποτυπώνει το φαινόμενο της θερμικής υστέρησης: τον χρόνο που απαιτείται για να περάσει η εξωτερική θερμική επιβάρυνση στην εσωτερική πλευρά ενός δομικού στοιχείου. Ο πετροβάμβακας, λόγω μεγαλύτερης μάζας και θερμοχωρητικότητας, προσφέρει βιβλιογραφικά υστέρηση περίπου οκτώ ωρών, ενώ η ελαφρύτερη πολυστερίνη περίπου τριών ωρών.
Η μεγαλύτερη υστέρηση είναι ιδιαίτερα χρήσιμη το καλοκαίρι, επειδή μεταφέρει την κορύφωση της θερμοκρασίας προς τις βραδινές ώρες, όταν ο εξωτερικός αέρας έχει ήδη δροσίσει και μπορεί να αξιοποιηθεί για φυσικό ή μηχανικό αερισμό. Το ίδιο χαρακτηριστικό σημαίνει ότι το υλικό αποβάλλει τη θερμότητα πιο αργά, γι’ αυτό η τελική απόδοση εξαρτάται και από τη σκίαση, την αεροστεγανότητα και τον σωστό νυχτερινό αερισμό.
Χειμερινός και θερινός σχεδιασμός
Ο χειμερινός υπολογισμός εστιάζει κυρίως στη θερμική αγωγιμότητα, στη θερμική αντίσταση και στον συντελεστή θερμοπερατότητας. Ο θερινός σχεδιασμός χρειάζεται επιπλέον αξιολόγηση της μάζας, της θερμοχωρητικότητας και των ωρών υστέρησης. Ένα υλικό με πολύ χαμηλό συντελεστή λ δεν είναι αυτομάτως η καλύτερη λύση για κάθε προσανατολισμό και κάθε κλιματική συνθήκη.
Η καλοκαιρινή θερμομόνωση είναι συχνά απαιτητικότερη από τη χειμερινή: δεν αρκεί να διατηρηθεί η ζέστη μέσα σε έναν χώρο, αλλά πρέπει να εμποδιστεί η είσοδός της την ώρα που το κτιριακό κέλυφος δέχεται έντονη ηλιακή ακτινοβολία. Καθώς οι ανάγκες ψύξης αποκτούν μεγαλύτερη βαρύτητα, η επιλογή υλικών πρέπει να γίνεται με βάση τη συνολική θερινή και χειμερινή συμπεριφορά του συστήματος.
Η επιλογή υλικού είναι μέρος ενός συστήματος
Κανένα μονωτικό υλικό δεν είναι κατάλληλο για όλες τις εφαρμογές. Σε οροφές και στέγες περιοχών με υψηλή ηλιοφάνεια, τα ινώδη υλικά μπορούν να προσφέρουν σημαντική προστασία χάρη στη μεγαλύτερη θερμική υστέρηση. Υλικά όπως ο ξυλοβάμβακας, η ίνα κάνναβης και η κυτταρίνη διαθέτουν επίσης υψηλή θερμοχωρητικότητα και μπορούν, ανάλογα με τη σύνθεση, να προσφέρουν ακόμη μεγαλύτερη καθυστέρηση της θερμικής ροής.
Η δοκιμή δεν περιλάμβανε τα κονιάματα και τις υπόλοιπες στρώσεις μιας ολοκληρωμένης θερμοπρόσοψης. Το συμπέρασμα δεν είναι η απόλυτη κατάταξη δύο προϊόντων, αλλά η ανάγκη να μετρώνται οι πραγματικές απαιτήσεις κάθε κτιρίου και να συνδυάζονται σωστά τα υλικά, η σκίαση, η αεροστεγανότητα και ο αερισμός.