Ο σχεδιασμός της θερμομόνωσης ενός κτιριακού κελύφους θα πρέπει να εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, το κλίμα, τις μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες της κάθε περιοχής. Δεν έχουν την ίδια συμπεριφορά όλα τα θερμομονωτικά υλικά και θα πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά περίπτωση.
Γράφει ο Θεόδωρος Σωτήριος Τούντας, Αρχιτέκτων Μηχανικός, Ενεργειακός Σύμβουλος CasaClima
Γενικός Διευθυντής F.U.V. Group fuv@fuv.gr
Στην παραδοσιακή Μεσογειακή δόμηση, χρησιμοποιούνταν φυσικά δομικά υλικά και ιδιαίτερα στα Ελληνικά νησιά το πιο διαδεδομένο θερμομονωτικό φυσικό υλικό ήταν τα φύκια για χρήση στις οροφές. Η διαδικασία εφαρμογής τους είχε ως εξής: συλλογή από τις παραλίες, καθαρισμός, αποξήρανση για τουλάχιστον ένα χρόνο και στη συνέχεια τοποθέτησή τους με αργιλική άμμο στις οροφές των κτιρίων, πάνω από καλάμια και ξύλινες δοκούς. Οι φωτογραφίες έχουν ληφθεί σε εγκαταλελειμμένη κατοικία στην Πάρο (Εικόνες 1 και 2).
Εικόνα 1
Εικόνα 2
Αυτή η κατασκευή παρείχε υστέρηση, δηλαδή την απαραίτητη καλοκαιρινή θερμομόνωση καθώς λόγω της μάζας του συνόλου της κατασκευής, η ηλιακή ακτινοβολία καθυστερούσε να εισέλθει στον χώρο. Σήμερα υπάρχει συγκεκριμένη εταιρία (www.neptugmbh.de/) που συλλέγει τα φύκια, τα επεξεργάζεται και επιτυγχάνοντας λ μεταξύ 0,039W/mK και 0,046W/mK ανάλογα με την εφαρμοσμένη πυκνότητα, τα τοποθετεί σε σύγχρονες κτιριακές κατασκευές. Δυστυχώς, παρότι είναι πολύ καλή ιδέα η χρήση ενός φυσικού ινώδους υλικού στη σύγχρονη δόμηση για την εξοικονόμηση ενέργειας, υπάρχουν ακόμα πολλές πρακτικές δυσκολίες στην βιομηχανική παραγωγή και εφαρμογή του.
Υπάρχουν όμως ευρέως διαδεδομένα υλικά βιομηχανικής παραγωγής που παρέχουν αντίστοιχα ή ακόμα καλύτερα αποτελέσματα υστέρησης, όπως ο παρθένος ορυκτοβάμβακας, ο πετροβάμβακας, ο ξυλοβάμβακας, η κυτταρίνη και άλλα.
Για να εξηγήσουμε τη σημασία της υστέρησης κάναμε ένα συγκεκριμένο πείραμα ως εξής:
Δημιουργήθηκαν δύο κύβοι ίδιων διαστάσεων και ίδιου πάχους μονωτικού υλικού 5 εκατοστών. Ο ένας κύβος ήταν κατασκευασμένος με πετροβάμβακα και ο άλλος με πολυστερίνη (Εικόνα 3).
Μέσα στους κύβους τοποθετήθηκε ίδια ποσότητα πάγου (Εικόνα 4), κλείστηκαν και αφέθηκαν για μια ημέρα εκτεθειμένοι σε καλοκαιρινή ακτινοβολία στα μέσα Αυγούστου στην Αθήνα (περιοχή Γαλάτσι). Με την χρήση του πάγου δημιουργήθηκε μια τεχνητή ψύξη στο εσωτερικό τους και ο στόχος του πειράματος ήταν να καταγράψουμε τις διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας.
Εικόνα 3
Εικόνα 4
Μέσα σε κάθε κύβο τοποθετήθηκε ένα θερμόμετρο (Εικόνα 5), έξω από τους κύβους τοποθετήθηκε τρίτο θερμόμετρο για την μέτρηση της εξωτερικής θερμοκρασίας (Εικόνα 6), ενώ γίνονταν τακτικές μετρήσεις της θερμοκρασίας στις εξωτερικές πλευρές των κύβων (Εικόνα 7, Εικόνα 8).
Εικόνα 5
Εικόνα 6
Εικόνα 7
Εικόνα 8
Η μέτρηση και καταγραφή των αποτελεσμάτων ξεκίνησε από τις 6:36 το πρωί και κράτησε μέχρι τις 23:38 το βράδυ.
Το αποτέλεσμα ήταν ιδιαίτερα εντυπωσιακό γιατί στο τέλος της μέτρησης αποδείχθηκε πως με ίδιες συνθήκες, το κτιριακό κέλυφος κατασκευασμένο με ένα ινώδες υλικό όπως στη συγκεκριμένη περίπτωση ο πετροβάμβακας, καθυστερεί τη μετάδοση της θερμοκρασίας από έξω προς τα μέσα περίπου κατά 4-5 βαθμούς.
Έτσι αποδεικνύεται ότι με τα ινώδη υλικά σε περιοχές με περισσότερη ζέστη και ηλιοφάνεια, μπορούμε να διατηρήσουμε την εσωτερική θερμοκρασία σε χαμηλά επίπεδα με μικρότερη ανάγκη ψύξης και άρα μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας.
Στο γράφημα που ακολουθεί (Εικόνα 9) φαίνεται η διακύμανση της εξωτερικής θερμοκρασίας με μπλε, η εσωτερική θερμοκρασία στον κύβο της γραφιτούχας πολυστερίνης με πορτοκαλί και με γκρι στον πετροβάμβακα.
Εικόνα 9
Στον πίνακα καταγραφής (Εικόνα 10) φαίνεται ότι κατά την αρχή της μέτρησης (ώρα 6:36) και με το κλείσιμο των κύβων, στο εσωτερικό τους είχαν την ίδια θερμοκρασία (27,5°C πολυστερίνη και 27,3°C πετροβάμβακας).
Εικόνα 10
Το μεσημέρι στις 15:48 που καταγράφηκε η μεγαλύτερη εξωτερική θερμοκρασία (57°C), στην πολυστερίνη μετρήθηκαν 41°C και στον πετροβάμβακα 37°C. Το βράδυ με το τέλος του πειράματος στις 23:38 μετρήθηκε 26°C εξωτερική θερμοκρασία, 30,70°C στην πολυστερίνη και 33,00°C στον πετροβάμβακα.
Παρατηρήθηκε επίσης ότι η επιφανειακή θερμοκρασία στους κύβους έφτασε ακόμα και τους 70 βαθμούς σε κάποιες στιγμές της ημέρας. Επισημαίνουμε πως εσκεμμένα δεν εφαρμόστηκαν τα κατάλληλα κονιάματα με τους θερμομονωτικούς σοβάδες και τις ανακλαστικές βαφές για τη μείωση της συνολικές μεταφερόμενης θερμοκρασίας. Αυτό είναι πείραμα ελέγχου μόνο των θερμομονωτικών υλικών και όχι του συνόλου του συστήματος μιας θερμοπρόσοψης.
Έτσι αποδεικνύεται η σημασία της μάζας στην επιλογή του θερμομονωτικού υλικού για την ενεργειακή αναβάθμιση ενός κελύφους σε ένα μεσογειακό κλίμα όπως το Ελληνικό. Δηλαδή, για την καλοκαιρινή θερμομόνωση δεν κοιτάμε μόνο το «λ»ενός υλικού αλλά και το «c», την θερμοχωρητικότητά του που εξαρτάται από την μάζα (το βάρος ανά κυβικό μέτρο). Επιπλέον παρατηρούμε στο γράφημα του πειράματος ότι τη στιγμή που πέφτει η εξωτερική μετρήσιμη θερμοκρασία μετά τις 19:12, η εσωτερική θερμοκρασία στον χώρο με τον πετροβάμβακα παραμένει υψηλή ενώ στην πολυστερίνη πέφτει πιο γρήγορα. Αυτό γιατί το υλικό διατηρεί για μεγαλύτερο χρόνο την θερμότητα που έχει λάβει.
Σε κάθε περίπτωση όμως, αποδεικνύεται ότι και στις δύο περιπτώσεις η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος με τη δύση του ήλιου είναι χαμηλότερη από την εσωτερική θερμοκρασία.
Δηλαδή από τις 20:04 και μετά, η θερμοκρασίες είναι αντίστοιχα: Εξωτερικός χώρος 32,40°C, πολυστερίνη 33,50°C και πετροβάμβακας 33,80°C.
Παρατηρούμε ότι το βράδυ η θερμοκρασία μέσα στο κτίριο είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική θερμοκρασία της ατμόσφαιρας. Για αυτό τον λόγο ενδείκνυται η χρήση του του μηχανικού αερισμού με ανάκτηση θερμότητας σε λειτουργία free cooling για την μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας. Αυτό όμως είναι άλλο αντικείμενο που θα αναλυθεί μελλοντικά. Μπορείτε να δείτε ένα αντίστοιχο εργαστηριακό πείραμα που κάναμε σε αυτό τον σύνδεσμο: https://www.youtube.com/watch?v=61BM6BNgIZo&t=43s&ab_channel=F.U.V.Group
Πρέπει να τονιστεί ότι τα παραπάνω εργαστηριακά πειράματα έχουν επιστημονική βάση και είναι στηριγμένα σε βιβλιογραφία ιδιοτήτων οικοδομικών υλικών. Παρόλα αυτά έγιναν από ιδιώτη μηχανικό με τη χρήση εξοπλισμού που μπορεί να μην είναι απόλυτα βαθμονομημένος και να υπάρχουν αποκλίσεις μεγαλύτερες του αποδεκτού.
Για περισσότερο ακριβείς μετρήσεις υπάρχουν τα ειδικά εργαστήρια ελέγχου υλικών με συγκεκριμένο εξοπλισμό σε φορείς και πανεπιστήμια. Δυστυχώς ελλείψει τέτοιων πειραματικών ελέγχων, θα αρκεστούμε σε αυτές τις home made καταγραφές για να καταλάβουμε την συμπεριφορά των θερμομονωτικών υλικών και να επιλέξουμε το πιο κατάλληλο ανάλογα με την περίπτωσή μας.
