De ce două termoizolații cu aceeași grosime se pot comporta diferit vara?
La alegerea termoizolației pentru o mansardă ne uităm, de regulă, la grosime și la conductivitatea termică λ. Sunt criterii importante, dar nu descriu complet comportarea acoperișului pe timp de vară.
În sezonul cald, temperatura exterioară și temperatura învelitorii se modifică permanent. Acoperișul se încălzește sub acțiunea soarelui pe parcursul zilei, apoi începe să se răcească seara și noaptea.
În aceste condiții contează nu doar cât de bine limitează acoperișul transferul de căldură, ci și cât de repede se propagă variația de temperatură spre interior.
Aici intervine defazajul termic.
Ce este defazajul termic?
Defazajul termic reprezintă decalajul în timp dintre maximul temperaturii pe partea exterioară a elementului și maximul corespunzător pe partea interioară.
Pe scurt: nu contează doar câtă căldură trece prin acoperiș, ci și când apare maximul efectului acestei încălziri pe partea interioară.
În graficele „Heat protection” din simulările Ubakus prezentate mai jos, curba roșie urmărește temperatura pe partea exterioară, iar curba albastră temperatura pe partea interioară. Valoarea „Phase shift” reprezintă numărul de ore dintre cele două maxime.
Ce înseamnă practic? Un defazaj de 7 ore nu înseamnă că după 7 ore „se încălzește camera”. Înseamnă că maximul temperaturii pe partea interioară a elementului apare la aproximativ 7 ore după maximul exterior.
Dacă maximul exterior ar apărea, de exemplu, la ora 15:00, un defazaj de 7 ore ar deplasa maximul interior aproximativ spre ora 22:00. La un defazaj de 15 sau 19 ore, maximul este deplasat mult mai târziu.
De ce depinde defazajul?
Defazajul nu este o caracteristică a termoizolației luate separat. El rezultă din comportarea întregii alcătuiri a acoperișului: grosimea și ordinea straturilor, structura, placările și proprietățile materialelor.
Pentru materialele termoizolante sunt importante în special trei proprietăți:
λ – conductivitatea termică Arată cât de ușor este transmisă căldura prin material. O valoare λ mai mică înseamnă, în general, o rezistență termică mai bună la aceeași grosime.
ρ – densitatea Arată câtă masă de material există într-un anumit volum. Două straturi cu aceeași grosime pot avea mase foarte diferite.
c – căldura specifică Arată câtă energie este necesară pentru a crește temperatura unui kilogram de material cu un grad.
Pentru comportarea pe timp de vară, densitatea și căldura specifică trebuie privite împreună. Un material cu mai multă masă într-un anumit volum și cu o căldură specifică ridicată poate prelua mai multă energie pentru aceeași creștere a temperaturii.
De aceea, două termoizolații cu conductivități termice apropiate și cu aceeași grosime pot răspunde diferit atunci când temperatura exterioară variază pe parcursul zilei.
Important: nu există regula simplă „densitate mai mare = defazaj mai mare”. Contează simultan conductivitatea termică, densitatea, căldura specifică, grosimea și restul straturilor elementului.
Comparația analizată
Pentru a vedea cât de mari pot fi diferențele, au fost analizate patru variante ale aceleiași alcătuiri de acoperiș.
Au fost păstrate aceeași geometrie, aceleași straturi și aceeași grosime totală de 30 cm a termoizolației. Materialul termoizolant a fost modificat între variante.
Tabelul de mai jos pune alături atât rezultatul termic al întregii alcătuiri, cât și două proprietăți importante ale materialelor: densitatea și căldura specifică.
| Material termoizolant | ρ [kg/m³] |
c [J/(kg·K)] |
U [W/(m²K)] |
Defazaj |
|---|---|---|---|---|
| Vată minerală de sticlă | ≈ 20 | ≈ 840 | 0,14 | 7,0 h |
| Vată bazaltică – ROCKWOOL MULTIROCK | 30 | 1.030 | 0,13 | 9,5 h |
| Celuloză | ≈ 55 | ≈ 2.100 | 0,14 | 14,8 h |
| Fibră de lemn – best wood MULTITHERM 110 | 110 | 2.100 | 0,14 | 18,7 h |
Valorile marcate cu „≈” sunt valori reprezentative pentru materialele generice utilizate în comparație. Densitatea poate varia între produse și în funcție de modul de punere în operă, în special în cazul celulozei.
La prima vedere, valorile U sunt foarte apropiate. Diferențele importante apar însă în rezultatele privind comportarea dinamică, prezentate în simulările următoare.
Rezultatele simulărilor
Vată minerală de sticlă – 7,0 h
Vată bazaltică – 9,5 h
Celuloză – 14,8 h
Fibră de lemn – 18,7 h
Ce putem înțelege din comparație?
Primul lucru care se observă este că o valoare U apropiată nu înseamnă automat un comportament similar pe timp de vară.
Vata de sticlă, celuloza și fibra de lemn au în simulările prezentate aceeași valoare U, de 0,14 W/(m²K). Cu toate acestea, defazajul crește de la 7,0 ore la 14,8 ore și apoi la 18,7 ore.
Același U, dar un răspuns foarte diferit:
Vată de sticlă – 7,0 h
Celuloză – 14,8 h
Fibră de lemn – 18,7 h
Vată de sticlă – 7,0 h
Celuloză – 14,8 h
Fibră de lemn – 18,7 h
Proprietățile materialelor ajută la explicarea acestor diferențe.
Comparația dintre vata de sticlă și fibra de lemn este cea mai sugestivă. Vata de sticlă analizată are o densitate reprezentativă de aproximativ 20 kg/m³ și o căldură specifică de aproximativ 840 J/(kg·K).
MULTITHERM 110 are o densitate de 110 kg/m³ și o căldură specifică de 2.100 J/(kg·K). Așadar, fibra de lemn combină mult mai multă masă în același volum cu o căldură specifică semnificativ mai mare.
Celuloza are, la rândul ei, o căldură specifică ridicată, de aproximativ 2.100 J/(kg·K), și o densitate mai mare decât vata minerală ușoară. În simulare, rezultatul este un defazaj intermediar, de 14,8 ore.
În cazul vatei bazaltice MULTIROCK, densitatea este de aproximativ 30 kg/m³, iar căldura specifică este de 1.030 J/(kg·K). Defazajul rezultat este de 9,5 ore.
Aceste rezultate nu trebuie interpretate ca o relație directă între o singură proprietate și defazaj. ρ și c ajută la explicarea diferențelor, dar rezultatul final aparține întregii alcătuiri, împreună cu λ, grosimea și celelalte straturi ale acoperișului.
Care material a avut cel mai bun rezultat?
Dacă analizăm strict criteriul defazajului termic pentru alcătuirea studiată, fibra de lemn are cel mai bun rezultat dintre cele patru variante, cu 18,7 ore.
Urmează celuloza, cu 14,8 ore, vata bazaltică, cu 9,5 ore, și vata minerală de sticlă, cu 7,0 ore.
Diferența dintre fibra de lemn și vata de sticlă este cu atât mai interesantă cu cât ambele alcătuiri au în simulare aceeași valoare U: 0,14 W/(m²K).
„Cel mai bun” se referă aici exclusiv la defazajul termic al alcătuirii analizate. Nu înseamnă că fibra de lemn este automat cea mai bună soluție pentru orice acoperiș sau pentru toate criteriile de proiectare.
Ce înseamnă rezultatele pentru confortul unei mansarde?
Un defazaj mai mare poate deplasa maximul termic către un interval mai târziu, când temperatura exterioară este mai redusă și ventilarea nocturnă poate fi mai favorabilă.
Totuși, defazajul acoperișului nu este același lucru cu temperatura aerului din mansardă.
Confortul real din încăpere depinde și de suprafața și orientarea ferestrelor, protecția solară, ventilare, aporturile interne, masa termică a celorlalte elemente și condițiile climatice.
Concluzie
Grosimea termoizolației și valoarea U sunt criterii esențiale, dar nu descriu singure comportarea unui acoperiș pe timp de vară.
În comparația analizată, trei variante au aceeași valoare U, de 0,14 W/(m²K), dar defazajul variază de la 7,0 la 18,7 ore.
Diferențele dintre densitatea și căldura specifică a materialelor ajută la explicarea acestui comportament: materialele cu o capacitate mai mare de a prelua și stoca energie pot contribui la întârzierea propagării variației de temperatură prin element.
Ideea principală: la o mansardă nu este suficient să comparăm doar grosimea și λ. Pentru comportarea pe timp de vară trebuie analizate și densitatea, căldura specifică și, mai ales, comportarea dinamică a întregii alcătuiri.
Comentarii