ŞCOALA DOCTORALĂ

RAPORT 1

STADIUL ACTUAL CU PRIVIRE LA SISTEMELE

DE IZOLARE TERMICĂ

Domeniul de doctorat: Inginerie Civilă

Conducător Ştiinţific, Doctorand, Prof. Univ. Dr. Ing. Daniela Lucia MANEA Drd. Ing. Horia CIUCLARU

Anul 2013

1.Istoria materialelor de termoizolatie

2. Confortul termic

3. Noţiuni introductive în domeniul izolaţiilor termice

4. Zone de aplicare a izolatiilor termice

5. Coduri, standarde si regulamente de aplicare a materialelor termoizolante

6. Clasificarea izolatiilor termice

7. Materiale moderne de izolatie

1. Istoria materialelor de termoizolatie

Inca din cele mai vechi timpuri, nevoia unei locuinte si asigurarea unui confort termic s-a numarat printre

instinctele primare ale omului . Omul preistoric s-a retras in pesteri pentru a se apara de conditiile meteo si

de frigul iernii sau caldura verii. Astazi confortul termic este asigurat de materiale si tehnologii moderne de

izolare termica.

Originea exacta a stiintei care se ocupa cu izolarea termica e greu de identificat in istorie, deoarece in

trecut confortul termic al locuintei era asigurat de diferite materiale organice. Oamenii isi tapetau peretii

locuintelor cu blana diferitelor animale salbatice, cu bumbac sau paie ajungandu-se apoi ca omul sa isi

confectioneze locuinte din lemn, piatra sau pamant, observand ca aceste materiale ofera o protectie temica

in timpul iernii si pastreaza racoare in timpul anotimpului cald.

De mii de ani, structura caselor au fost proiectate in concordanta cu climatul in care acestea erau situate.

De exemplu, primele locuinte ale egiptenilor erau construite deasupra unor adancituri de pamant, locuitorii

adapostindu-se la racoarea din camerele si grotele subterane in zilele calduroase. Mai apoi au inceput sa

realizeze constructii cu peretii facuti din namol si acoperisul din paie.

In Egiptul antic toti cei care nu faceau partea din clasa superioara locuiau in case mici, construite din

caramida arsa, de forma cubica, avand doua-patru camere, fara etaj. Cei instariti isi puteau permite

locuinte mai incapatoare, dar care respectau planul general si foloseau aceleasi materiale de constructie.

Edificiile cu adevarat impunatoare erau cele destinate faraonilor si sacerdotilor. Multe dintre ele s-au

pastrat pana in zilele noastre, cum sunt si celebrele piramidei.

Fig.1 Locuinte din Egiptul antic

In Orientul Mijlociu constructiile depindeau foarte mult de materialele disponibile. Unde se puteau fabrica

ieftin caramizi majoritatea caselor erau in forma de stup de albine, rotunde cu acoperisul ascutit. Unde

predomina piatra, iar lemnul era greu de gasit foarte scump, locuintele erau din piatra, inclusiv

acoperisurile. Aceste traditii au rezistat pret de secole, fiind prezente si astazi in anumite regiuni.

Fig.2 Primele locuinte din Orientul Mijlociu

Cea mai importanta realizare din acele vremuri din punct de vedere al izolarii termice a fost descoperirea

azbestului de catre romanii si grecii antici, material care in zilele noastre este interzis datorita efectelor

nocive pe care le are asupra sanatatii si a mediului.

În Imperiul roman azbestul se folosea pe scară largă, conform înscrisurilor descoperite. Există însă dovezi

că acest material era folosit în Scandinavia încă din anul 3000 Î.Hr., în special la realizarea vaselor de

ceramică. Prima carieră de azbest din lume a fost descoperită pe insula grecească Evia.

În Grecia şi în Roma antică, din azbest se făceau în primul rând ţesături ignifuge, folosite în construcţii,

precum şi la îmbrăcămintea pentru femei. Grecii stiau încă din antichitate că acest material este extrem de

periculos, constatând că distrugea plămânii sclavilor.

Pluta, un alt material foarte bun izolator termic a inceput sa fie folosit inca de pe vremea romanilor. Acestia

foloseau acest material mai ales in confectionarea incaltamintelor pentru a putea sa isi incalzeasca

picioarele, observand ca pluta pastreaza foarte bine caldura. Folosirea plutei ca material izolator la

acoperisuri a fost pentru prima oara mentionat incepand cu secolul 1.

Primii locuitori ai Spaniei foloseau coaja stejarului de pluta pentru a-si captusi casele din piatra, iar locuitorii

din Africa de Nord foloseau si acestia pluta amestecata cu lut.

Fig3. Pluta folosita ca material izolator

Romanii au fost primii care au inventat incalzirea prin pardoseala acum aproximativ 2000 de ani. Acestia au

dezvoltat sisteme de aer cald in pardoseala sub numele de “hypocaust”(caldura de jos).Podeaua era

ridicata de la sol de piloni,astfel incat aerul si fumul de la cuptoare putea patrunde prin zonele inchise si se

incalzea camera de jos in sus.

Fig.4 Hypocaust

Fibra minerala, un alt material important folosit la izolarea termica, a fost pentru prima data utilizata de

catre nativii din insulele Hawaii pentru a-si tapeta interiorul locuintelor. Fibrele proveneau de la depozitele

vulcanice, si mai exact de langa fisurile vulcanilor, pe unde iesea aburul firbinte care transforma lava topita

in fibre pufoase.

Revolutia industriala, de la sfarsitul secolului XIX, a dus la aparitia pe pietei comerciale a materialelor

termoizolante, recunoscandu-se astfel si importanta folosirii acestora. De exemplu, izolatia de tipul “patura”

s-a dezvoltat incepand cu anul 1890. Un astfel de produs, cunoscut sub numele de Cabot Quilt, a fost

introdus de catre Samuel Cabot in anul 1891.

Materialul era compus dintr-o rogojina facuta din planta “Zostera marina”, o planta marina cunoscuta si sub

numele de iarba de anghila. Aceasta era comasata sau cusuta intre doua straturi de hartie kraft. (Un

material nerafinat din acest produs a fost gasit in casa Pierce of Dorchester, in Massachusetts, construita in

anul 1635, iar cadrul a fost umplut cu Zostera marina.)

Fig 5. Izolatie Cabot Quilt

Vata minerala a fost pentru prima data utilizata ca izolator pentru tevi in orasul Wales, in anul 1840, urmand

ca apoi sa fie produsa pentru comercializare in 1871 in orasul Georgsmarienhütte, Osnabruck (Germania)

si in Statele Unite in anul 1875. La aproape 60 de ani dupa, in anul 1897, C.C. Hall, un inginer chimist, a

produs vata minerala bazaltica. In anul 1901, el a inceput sa produca vata de piatra pentru comercializarea

ei la o fabrica din Alexandria, Indiana. Hall a format un parteneriat pentru a dezvolta un nou produs si a

fondat compania Banner Rock Products (care a fost cumparata de catre John Manville Co. in anul 1929).

Pana in anul 1928, existau 8 fabrici care fabricau vata de piatra sau de zgura folosita pentru izolarea

locuintelor in Statele Unite. (Prin anii 1950, acest numar a crescut cu aproximativ 90, dar astazi exista doar

15 sau 20 de fabrici care produc aceste material.)

Fibra de sticla isi are originile in Egiptul antic, atunci cand egiptenii au descoperit ca pot sa intinda sticla

firbinte pana cand aceasta se transforma in fibre, care au fost plasate in jurul navelor pentru decorarea lor.

Tehnica moderna de fabricare a izolatiei din fibra de sticla, dezvoltata in anul 1931, implica injectarea sticlei

topite prin orificii mici, la viteza foarte mare, iar fibrele ce rezultau erau foarte subtiri, dar de lungimi mari.

Dezvoltat de catre Owens-Illinois, compania Corning Glass a fost singural producatore a acestui material,

cunoscut mai tarziu sub numele de fibra de sticla Owens-Corning.

In Europa iscusința suflătorilor în atelierele de fabricare a sticlei din Turingia, Germania, era deja cunoscute

incepand din secolul al XVIII-lea, prin producerea fibrelor subțiri de sticlă supranumite „părul îngerilor”. Pe

atunci acestea erau folosite numai cu scop decorativ. Proprietățile fibrelor de sticlă și tehnologia de

producere a lor a descoperită abia prin anul 1896 de Hermann Schuller la fabrica de sticlă din Haselbach;

acolo au fost produse prima oară pe scară industrială. Procedeul de obținere a fibrelor de sticlă a fost

patentat prin anii 1930.

La sfarsitul secolului 18, inceputul secolului 19 au aparut in Statele Unite primele case construite din baloti

de paie. Perioada coincide cu cea in care au fost inventate presele de baloti actionate de un cal sau de un

motor cu aburi.

In 1904 actul Kincaid, a acordat dreptul la construirea de locuinte pe o parte din statul Nebraska iar paiele

au fost singurul material indigen disponibil. Cheresteaua si alte materiale de construit au devenit din ce in

ce mai greu de gasit, pe masura ce oamenii au inceput sa patrunda si sa se raspandeasca in vestul

Americii de Nord, prin campiile si dealurile nisipoase din Nebraska.

Ideea de a construi un adapost din baloti parea o solutie rapida, deoarece gramezile de baloti dominau

peisajul campiei, iar timpul in care locuitorii trebuiau sa isi construiasca o locuinta era foarte scurt,

deoarece urma sa se instaleze anotimpul rece. Intentia era ca la venirea primaverii sa inlocuiasca zidurile

improvizate din baloti cu o structura permanenta. Totusi, dupa ce au trait in caldura si confortul oferit de o

casa super izolata termic in timpul iernii la temperaturile extreme din Nebraska si racoarea din timpul verilor

fierbinti, constructiile din baloti au fost tencuite iar apoi au devenit permanente.

Prima cladire din baloti a fost probabil construita in Bayard, Nebraska in 1896. Era o scoala construita in

stilul Nebraska (portanta) cu acoperis verde, dar aceasta nu a rezistat mult. Nu exista un gard in jurul

proprietatii si nu a fost tencuita in nici un fel, supervizorul constructiei raportand intr-un document datat la

1902 ca aceasta a fost mancata de vaci.

Cea mai veche cladire de acest gen care inca mai sta in picioare este casa Burke din Allience Nebraska

construita in 1905.

Cea mai veche casa din Europa este “maison Feuillette” construita la 1921 in Montagris, Franta.

Constructia din baloti de paie a reprezentat un raspuns al combinatiei unice de factori legislativi, geologici,

resurse naturale si factori socio-economici care au predominat in acea regiune. Constructia cailor ferate

prin Midwest este un factor care a determinat reducerea numarului de constructii din baloti de paie. Caile

ferate si comertul au dus la disponibilitatea produselor din lemn care a inlocuit materialele de constructie

indigene din Nebraska.

In anii 1920, s-a observant o cresterea masurabila in constientizarea importantei izolatiilor termice. In timp

ce PFL-urile (placi din fibre lemnoase) au fost promovat ca fiind cel mai economic material pentru izolare al

timpului, termoizolatii de tip patura au inceput sa creasca in popularitate.

Aluminiul si cuprul,au fost de asemenea aplicate pe aceste patur ca folii reflectorizante. Lana de zgura este

un material rezultat prin suflarea aburului prin zgura lichida. Cunoscut de asemenea si sub numele de vata

minerala, acest produs a fost inlocuit mai tarziu cu azbestul, similar in aparenta si promovat ca fiin cea mai

buna alternativa de catre inginerii care se ocupau cu controlul si manipularea aburului. Productia de fibra

de sticla a inceput la mijlocul anilor 1930.

Polistirenul a fost descoperit in anul 1839 de catre Eduard Simon, un farmacist din Berlin. De la storax,

rasina arborelui de eucalipt (Liquidambar orientalis), el a distilat o substanta uleioasa, un monomer pe care

el l-a numit styrol. Cateva zile mai tarziu, Simon a constatat ca styrol-ul era mai dens, probabil de la

oxidare, intr-un jeleu pe care l-a numit oxid de styrol ( "Styroloxid"). Prin 1845, chimistul englez John Blyth

si chimistul german Wilhelm von Hofmann au aratat ca aceeasi transformare a styrol-ului a avut loc in lipsa

oxigenului. Ei au numit substanta descoperita metastyrol. Analiza a aratat mai tarziu, ca aceasta substanta

era similara din punct de vedere chimic cu Styroloxid. In 1866 Marcelin Berthelot a identificat in mod corect

formarea metastyrol-ului din styrol ca un proces de polimerizare. Circa 80 de ani au trecut pentru a realiza

ca incalzirea styrol-ului incepe o reactie in lant care produce macromolecule, urmarind teza chimistului

organic german Hermann Staudinger (1881-1965). Acest lucru a condus la substanta care primeste

numele sau prezent de polistiren.

Compania IG Farben a inceput fabricatia polistirenului in Ludwigshafen, Germania, in aproximativ 1931, in

speranta ca va fi un inlocuitor adecvat pentru turnarea de zinc, in multe aplicatii. Succes a fost atins in

momentul in care cercetatorii au dezvoltat un reactor-nava care extruda polistirenul, printr-un tub incalzit,

producand polistiren sub forma de granule. In 1959, Compania Koppers din Pittsburgh, Pennsylvania, a

dezvoltat spuma de polistiren expandat.

In 1956, geologul King Hubber a prezis ca productia de petrol a SUA va atinge punctul culminant in jurul

anului 1970, dupa care va incepe sa descreasca. Multa lume l-a ridiculizat pentru aceasta previziune. Cu

toate acestea, a avut dreptate si din 1971 productia de petrol a SUA continua sa scada.

Astfel, in anii 1970 s-a observat o schimbare dramatica in gradul de constientizarea publica si sensibilitatea

fata de conservarea energiei.

Dezvoltarea unor programme de energie au avut un impact si asupra producatorilor de materiale de izolare

termica si a metodelor de aplicare a acestora. Astfel a aparut termoizolatia din celuloza.

Initial celuloza a fost folosita pentru a antifona incaperile, dar acesta a devenit in scurt timp un material

eficient ca termoizolant. Celuloza timpurie nu a beneficiat de tehnologia de fibra si echipamentele de

aplicare precum sunt cele care exista astazi de piata. Cu toate acestea, acest materialul a atras doar o

mica parte de consumatori, iar fibra de sticla a devenit tot mai populara dupa al doilea razboi mondial.

(Fibra izolanta de celuloza a avut mai multe brevete emise in secolul XIX dar a castigat putina

popularitate.)

Piața de izolare cu celuloza a crescut ca urmare a embargoului petrolier din 1973-1974. Embargoul a

cauzat cresterea costurilor de energie pentru încălzire, ceea ce a dus la creșterea interesului în cadrul

măsurilor de conservare a energiei. În 1977, în urma unei ierni deosebit de grea, un credit fiscal a fost dat

pentru proprietarii de case care au instalate sisteme de izolare.

In timp ce în 1976 in SUA au existat aproximativ 100 de firme care produceau izolație din celuloza, prin

1978 numarul acestora a crescut la aproximativ de 350 de firme. Datorita unor plangeri din partea unor

comercianti privind calitatea si mai ales siguranta la foc a celulozei, guvernul federal a adoptat in 1978

standarde privind calitatea materialelor de termoizolatie. Aceste reglementari au facut ca pretul celulozei sa

creasca, datorita faptului ca producatorii trebuiau sa foloseasca materiale mult mai performante pentru a-i

creste rezistenta la foc. Datorita pretului si a unei publicitatii negative, cererea pentru celuloza a inceput sa

scada.

În prezent, izolație din celuloză a crescut din nou în Statele Unite ale Americii. Motivul pentru această

creștere sunt studiile care sugereaza ca celuloza poate proteja de fapt o clădire in cazul unui incendiu mai

bine decat fibra de sticlă, deoarece celuloza este mai densa decat fibra de sticla si nu permite oxigenului

sa patrunda si sa arda structura de rezistenta. In plus celuloza are cel mai mare conținut reciclat fata de

orice alt material de izolare.

Spuma de izolare din uree formaldehida (UFFI) a fost introdusa in industria constructiilor in 1960. Au

inceput sa apara reclamatii de sanatate de la locuitorii caselor isolate cu UFFI, casele construite in anii

1978 si 1980. Prin urmare, UFFI a fost interzis in Canada datorita riscului pentru sanatate pe termen lung

ale locuitorilor caselor ce erau isolate cu acest material. (Ureea formaldehida este unul dintre amestecurile

de rasina de formaldehida, si toti compusii de formaldehida, care afecteaza majoritatea aerului ce se afla in

interior datorita problemelor sale de solubilitate in apa.)

2. Confortul termic

Temperatura si variatia de temperatura guverneaza o mare parte din viata noastra de zi cu zi. Adapostul,

imbracamintea, incalzirea, aerul conditionat si izolatia cladirilor influenteaza forta termica care influenteaza

starea de confort a persoanelor. Proiectantii, arhitectii si constructori incearca sa tina cont prin metode

active sau pasive de confortul termic atunci cand realizeaza planul unei constructii.

Confortul termic, un termen vag si ambigu, variaza in functie de natura conditiei umane, si este descris ca

un element ce contribuie la bunastare, absenta de discomfort, o stare de spirit care este satisfacuta cu

ajutorul mediului termic. Organele sensoriale ale corpului, precum ochii, urechile, nasul, senzorii tactili,

senzorii de caldura, si creierul contribuie la constientizarea fiziologica si psihologica ca raspuns la mediul

termic.

In cazul cladirilor de locuit, confortul termic este influenţat de următorii factori:

- temperatura mediului din interior (temperatura camerei),

- temperatura suprafeţelor obiectelor şi pereţilor,

- umiditatea relativă a aerului din încăpere,

- viteza curenţilor de aer din încăpere.

Reglarea termica

Corpul uman genereaza caldura. Oamenii produc energie atunci cand metabolizeaza mancarea, iar

majoritatea acestei energii se transforma in caldura. Caldura metabolica este produsa in permanenta de

catre corp, in principal fiind un rezultat al activitatii musculare, dar majoritatea functiilor din corpul nostrum

produc caldura. Nu este tinut secret faptul ca persoanele mai active, produc mai multa caldura.

Caldura este transportata prin corp de catre sange. Pentru a balanta rezultatul metabolic, caldura se pierde

in permanenta in mediu prin piele si pe suprafata plamanilor. In mod similar, confortul termic uman este

determinat de catre abilitatea corpului de a risipi caldura si umiditatea care este produsa in permanenta de

actiunea metabolica.

Caldura este masurata in unitati termice britanice (un BTU este cantitatea de caldura necesara pentru a

ridica la un grad Fahrenheit 453.6 miligrame de apa). Pentru un barbat de dimensiuni normale, care sta

asezat pe un scaun si executa munca usoara, rata metabolica este in jur de 450Btu/ora. In circumstante

similare, femeile genereaza aproximativ 385 Btu/ora. Pentru un barbat de 70 de kilograme, care sta asezat

pe scaun si executa o munca moderata ca si greutate, variatia ratei este intre 650 si 800 Btu/ora; dar daca

acesta sta in picioare si vorbeste in timp ce executa o munca moderata ca si greutate, rata poate creste

pana la 1000 Btu/ora, iar daca acesta presteaza o munca mai grea, atunci aceasta rata poate creste pana

la 2000- 2400 Btu/ora.

Se spune ca se obtine un confort termic atunci cand mediul in care se afla individual este in stare de

echilibru; de exemplu, caldura si umiditatea produsa de catre corp este inlocuita la aceeasi rata cu care

aceasta a fost produsa. O metoda prin care corpul uman isi mentine echilibrul termic cu mediul este prin

intermediul metodelor fiziologice de reglare termica. De exemplu, in situatii de transpiratie prelungita,

umiditatea pielii creste treptat in timp datorita acumularii de sare in piele. Cresterea nivelului de sare apare

din cauza evaporarii apei provenite din transpiratie, in timp ce materiile care raman, cum e clorura de sodiu,

se depune pe suprafata pielii. Este indicat ca in zilele calduroase, dusurile sa fie cat mai frecvente

deoarece prin indepartarea sarii de pe suprafata pielii, transpiratia sa evapora mult mai usor reducand

umiditatea pielii. O alta metoda de reglare fiziologica sunt frisoanele. Tensiunea musculara cauzata de

catre frisoane creaza o crestere de 300% in producerea de caldura, in timp ce corpul incearca la randul lui

sa elimine pierderile de caldura, prin scaderea circulatiei sangvine catre piele si extremitati.

In timp ce prin respiratie se elimina o parte caldura, prin piele se elimina cea mai mare cantitate de caldura.

Receptorii de frig din piele trimit semnale catre creier daca temperatura de pe piele scade la o rata mai

mare decat 0.25 grade C/minut. Acest proces permite oamenilor sa se adapteze la climatele din interiorul si

exteriorul locuintelor prin metode de ajustare comportamentala cum ar fi imbracamintea subtire sau groasa,

ventilatoare la viteze mici sau mari, geamul inchis sau deschis, etc. Un eveniment la fel de banal ca un

current de aer rece poate modifica temperatura locala a aerului cu 1 grad C in doar cateva secunde.

Umiditatea

Umiditatea afecteaza confortul in mai multe moduri, direct sau indirect. Vaporizarea apei de pe suprafetele

mucoase sau transpiratie si difuzarea pe suprafata pielii afecteaza balanta de energie, iar. Atunci cand

procesul de evaporare a apei de pe suprafata pielii este compromisa sau din contra, este una rapida,

temperatura corpului se schimba, fapt ce este imediat simtit de catre senzorii de pe piele. De exemplu, un

procent de 30% se modifica in umiditate relativa si are acelasi efect asupra balantei si senzorilor termici cu

o schimbare de 2 grade C in raport cu persoanele sedentare.

Umiditatea scazuta, aerul uscat, cauzeaza absorbtia umiditatii de pe suprafata pielii intr-un timp scurt si se

produce un efect de raciere care nu poate fi ameliorat decat prin cresterea temperaturii in incapere.

Datorita aerului uscat percepem materialele mai moi si mai placute la atingere, iar aerul este perceput a fi

proaspat, mai putin statut si mai acceptabil. La o anumita temperatura, umiditatea scazuta creaza senzatia

de frig, uscat si de disconfort, dar umiditatea scazuta poate afecta si confortul sau sanatatea. Pielea

excesiv de uscata poate cauza leziuni, asprime a pielii, disconfort si scade functiile protectoare ale pielii.

Mediile prafoase pot accelera umiditatea scazuta, amplificand conditiile in care pielea se poate usca.

Pe de alta parte, umiditatea ridicata ajuta corpul nostru sa retina caldura. In conditii de temperaturi ridicate,

disconfortul termic creste o data cu nivelul umiditatii. Disconfortul pare a fi in stransa legatura cu umiditatea

pielii, precum persoanele foarte rar se plang de disconfort in situatiile in care umiditatea este peste 25%.

Disconfortul asociat cu umiditatea pielii poate rezulta din frictiunea dintre piele si imbracaminte.Atunci cand

materialele variaza de la lana, bumbac, polistiren si matase fina, intra in contact cu pielea, forta cu care

acestea aluneca pe piele creste o data cu umiditatea si transpiratia de pe suprafata pielii.

Confortul termal este de asemenea in legatura directa cu maniera in care caldura trece prin materiale, aici

apar fenomene de tipul transferului de caldura prin convectie, radiatie sau conductie.

Concluzii

Confortul termic apare atunci cand temperatura corpului este mentinuta la minimul de efort fiziologic de

reglare a temperaturii. Senzatiile termice depind de temperatura corpului, care in schimb depinde de

balanta termica si de efectele asupra factorilor din mediu (temperatura, radiatie, miscarile aerului si

umiditate), de asemenea si asupra factorilor personali precum metabolismul individului si selectia de

imbracaminte. Totusi, multi dintre acesti factori au un flux constant, utilizarea unei izolatii potrivite, plasarea

barierelor de vapori si intelegerea transferului de caldura vor contribui la furnizarea unui mediu conductiv la

confort termic in interiorul locuintei.

Pentru menţinerea confortului termic este valabil următorul principiu: suma temperaturii aerului din încăpere

şi a temperaturii medii a exteriorului suprafeţelor adiacente trebuie să se găsească în intervalul 38 - 42 °C.

În acelaşi timp se impune ca diferenţa temperaturilor să nu fie mai mare de 4 °C. Ca valoare optimă este

considerată diferenţa de temperatură de 2 °C.

Pentru asigurarea confortului termic la temperatura curentă utilizată pentru mediul ambiant de 21 °C, se

impune ca temperatura suprafeţelor adiacente să fie ideal 19 °C, iar minimum 17 °C.

În cazul în care temperatura minimă a suprafeţei pereţilor interierioro ar fi de 14,1 °C,

respectiv 15,1 °C, atunci pentru asigurarea confortului termic ar fi necesar să încălzim cel puţin la

temperatura de 22,9 °C, respectiv 23, 9 °C. Diferenţa dintre temperatura camerei şi cea a suprafeţei

pereţilor ar atinge 7,8 °C, respectiv chiar 9,8 °C.

Această diferenţă mare a temperaturilor se manifestă prin deplasări de aer mai mari pe care locatarii îl

percep ca şi curent. Majoritatea locatarilor reacţionează la această senzaţie neplăcută prin creşterea

temperaturii de încălzire, prin acesata neeliminându-se însă cauza curentului, dimpotrivă amplificându-l.

Umiditatea relativă a aerului în locuinţe este nevoie a fi menţinută la valori acceptabile atât din punctul de

vedere al sănătaţii mediului ambiant al locatarilor cât şi din punct de vedere al durabilităţii proprii a

construcţiei. Literatura de specialitate indică pentru aceasta, valori pentru

limita inferioară (30 - 35 %) şi cea superioară (60 - 80 %).

Umiditatea scăzută a aerului (<30 %) măreşte gradul de producere a

prafului şi produce uscarea mucoaselor. Acest lucru conduce la apariţia

frecventă a bolilor aparatului respirator (de ex.în cazul apartamentelor

supraîncălzite şi uscate ). Umiditatea ridicată este, din punct de vedere

al respiraţiei, mai avantajoasă dar creează şi condiţii prielnice pentru răspândirea găndacilor. În funcţie şi

de temperatura suprafeţelor pereţilor se ajunge la formarea condensului care poate avea ca urmări

deteriorarea părţii de construcţie.

Pentru confortul termic cea mai importanta este temperatura suprafeţelor adiacente spaţiului locativ.

Temperatura optimă a suprafeţelor este de 18- 20 °C.

3. Noţiuni introductive în domeniul izolaţiilor termice

Principalul scop al folosirii materialele termoizolante este oferirea unui climat temic cât mai plăcut

locuitorilor unei clădiri prin păstrarea aerului interior cât mai cald în perioada rece şi cât mai rece în

perioada caldă, printr-un flux cât mai scăzut de căldura prin elementele exterioare ale construcţiei.

Înainte de a studia eficienţa din punct de vedere termic al materialelor este indicat să întelegem câteva

noţiuni de bază privind fenomenul de transfer de căldură. Vara, căldura din exteriorul unei clădirii va avea

tendinţa de a patrunde în aceasta, iar în timpul anotimpului rece, căldura va ieşi din clădire, în funcţie de

diferenţa de temperatură dintre cele două medii (mediul interior şi mediul exterior).

„Dacă într-un sistem izolat termic, distribuţia temperaturilor este neuniformă, vor avea loc schimburi

de căldură, aceasta scurgându-se din regiunile cu temperatură ridicată spre cele cu temperatură

joasă, până la completa nivelare a temperaturilor sistemului.”1

Diferenţa de temperatură dintre două corpuri solide sau dintre două reginiuni ale aceluiaşi corp poartă

denumirea de potenţial termic, iar transferul de căldura dintre corpul cu temperatura mai ridicată la cel cu

temperatura mai scăzută este denumită şi

transfer de energie, de studiul acestui

fenomen ocupandu-se termocinetica. [3]

În natura, transferul de caldura se realizeaza

in 3 feluri :

- prin radiaţie,

- prin convecţie

- prin conducţie.

a. Transferul căldurii prin conducţie constă în transmisia căldurii dintr-o regiune cu temperatură mai

ridicată către o regiune cu temperatură mai scăzută, în interiorul unui mediu solid, lichid sau gazos,

sau între medii diferite în contact fizic direct, sub influenţa unei diferenţe de temperatură, fără existenţa

unei deplasări aparente a particulelor care alcătuiesc mediile respective. În construcţii acest tip de

transfer este întâlnit în special la corpurile solide (pereţi, planşee, acoperişuri, tâmplărie etc.) şi se

desfăşoară prin vibraţia termică a reţelei cristaline şi, în cazul elementelor metalice, cu ajutorul

electronilor liberi (de valenţă).

b. Transferul termic prin convecţie reprezintă procesul de transfer al căldurii prin acţiunea combinată a

conducţiei termice, a acumulării de energie şi a mişcării de amestec. Convecţia este cel mai important

mecanism de schimb de căldură între o suprafaţă solidă şi un fluid, între care există contact direct şi

mişcare relativă. În construcţii transferul convectiv are loc în special la lichide şi gaze şi se datorează

⁴. A. A. Minea, Transfer de caldura si masa

transportului de căldura prin mişcarea moleculelor fluidelor. Fenomenul intervine la suprafaţa de

contact a elementelor de construcţii cu aerul interior sau exterior.

c. Transferul energiei termice prin radiaţie este procesul prin care căldura este transferată de la un

corp cu temperatură ridicată la un corp cu temperatură scăzută, corpurile fiind separate în spaţiu.

Schimbul de căldură prin radiaţie se realizează de la distanţă, fără contact direct între corpuri.

Fenomenul are sens dublu: un corp radiază energie, dar şi absoarbe energia emisă sau reflectată de

corpurile înconjurătoare. Radiaţia termică are loc sub formă de unde electromagnetice şi intervine în

mod semnificativ la diferenţe mari de temperatură între corpurile solide, sau între solide şi fluide, cum

este în cazul elementelor de încălzire din locuinţe (radiatoare). 2

Transferul de caldură reprezintă de fapt schimbul de energie termică între:

- două corpuri solide

- două regiuni ale aceluiasi corp

- două fluide

ca rezultat al existenţei unei diferenţe de temperatura (potential termic) între acestea.

Ce reprezintă valoarea R ?

Pentru o mai bună înţelegere a calităţii unui material termoizolant este necesar să cunoaştem ce reprezintă

valoarea R. R reprezintă valoarea rezistenţei termice dată în funcţie de grosimea si conductivitatea

materialului.

R= d / λ (m²K / W)

d- grosimea materialului

λ – conductivitatea materialului

Un material termoizolant este caracterizat prin conductivitatea termică şi este exprimata prin coeficientul

lambda λ care ne indică capacitatea izolatoare a materialului respectiv, mai exact capacitatea materialui de

a lăsa căldura să treacă .

2 http://www.scribd.com/doc/71015039/Curs-Complet-Iasi

λ ne indică cantitatea de caldură care trece în timp de o secundă printr-un material cu grosimea de 1 m,

având suprafaţa de 1 mp şi diferenţa dintre cele doua feţe ale sale este de 1 grad Celsius.

Cu cât acest coeficient este mai mic, cu atât vom avea o conductivitate mai mica , deci materialul are o

capacitate mică de pierdere a căldurii.

Un material poate fi considerat izolant termic dacă are o conductivitate mai mică decat 0,065 W/mK.

Conductivitatea unui material sau capacitatea acestuia de izolare termică se poate modifica datorită

umidităţii şi temperaturii. Apa este o mai bună conductoare de caldură, deci cu cât materialul absoarbe mai

multă apă, cu atât materialul îşi pierde din rezistenta sa termică. Temperatura afecteaza la rândul ei

conductivitatea unui material, deoarece conductivitatea acestuia creşte odata cu creşterea temperaturii la

care este supus. [4]

6. Clasificarea izolaţiilor termice

Normativul pentru proiectarea si execuţia lucrărilor de izolaţii termice la clădiri indicativ C107/ 002,

elaborata de Institutul National de Cercetare Dezvoltare in Construcţii si Economia Construcţiilor Bucureşti

defineste materialul termoizolant ca fiind “material sau produs uzinat, având conductivitatea termică de

calcul mai mică sau egală cu 0,10 W/(mK), destinat să confere elementului de construcţie, în structura

căruia se înglobează, performanţe higrotermice corespunzătoare nivelurilor de performanţă stabilite prin

reglementări”. 3

Conform acestui normativ materialele termoizolante se impart: [5]

După natura lor, materialele termoizolante se clasifică în:

a) materiale anorganice (ex: produse din vată minerală sau vată de sticlă, sticlă

spongioasă, etc.);

b) materiale din polimeri sintetici (ex: polistiren, poliuretan, etc.);

După rigiditate, materialele termoizolante se clasifică în:

a) materiale foarte rigide – clasa T1 – materiale care au tasarea mai mică de 1% sub

sarcina de 2000 N/m 2 ;

3 Normativ pentru proiectarea si executia lucrarilor de izolatii termice la cladiri, indicative C-107/0-02

b) materiale rigide – clasa T2 – materiale care au tasarea cuprinsă între 1% şi 5 % sub

sarcina de 2000 N/m 2 ;

c) materiale semirigide – clasa T3 – materiale care au tasarea cuprinsă între 5% şi 10%

sub sarcina de 2000 N/m 2 ;

d) materiale uşor tasabile – clasa T4 – materiale care au tasarea cuprinsă între 10% şi

20% sub sarcina de 2000 N/m 2 ;

e) materiale foarte tasabile – clasa T5 – materiale care au tasarea mai mare de 20% sub

sarcina de 2000 N/m 2 .

M. Papadopoulos a clasificat materialele termoizolante în funcţie de structura chimică sau fizică a acestora.

Astfel materialele termoizolante se impart în: materiale anorganice, materiale organice, materiale mixte și

tehnologii și materile noi.

Pe piaţa din Europa primele două categorii de izolatii termice sunt cele mai răspândite, si anume:

materialele anorganice fibroase (vata minerală bazaltică si de sticlă) care reprezintă aproximativ 60%

urmate de materialele organice spumoase ( polistiren expandat şi extrudat şi într-o mai mică masură

spuma de poliuretanul) care în total însumează 27%, iar restul materialelor termoizolante reprezinta 13% . 4

4 M. Papadopoulos – State of the art in thermal insulation materials and aims for future developments

Fig. 2 Clasificarea materialelor termoizolante după Papadopoulos [6]

Ţinând cont de conceptul dezvoltării durabile se propune o noua clasificare a termoizolatiilor ţinand cont de

materialul folosit ca materie primă, de energia necesară producerii acestuia şi de impactul asupra mediului

:

a) termoizolaţii non-ecologice – folosesc ca materie primă resurse limitate sau în timpul

realizării se consuma o cantitate mare de energie

b) termozolatii ecologice – folosec ca materie primă materiale regenerabile sau

reciclabile şi consumul de energie în timpul producerii este scăzut

a) materiale non-ecologice

1. Polistirenul expandat ( EPS) este un polimer termoplastic ce se obţine în urma procesării

polistirenului exapdanabil, care este un produs petrochimic. Procesul tehnologic de realizare a

polistirenului expandat are două faze:

faza de pre-expandare în care granulele

de polistiren îşi măresc volumul de

aproximativ 50 de ori sub acţiunea unui

agent de expandare şi în condiţii de

temperatură ridicată

faza de expandare: granulele de polistiren sunt sudate având parametri

controlaţi de temperatură şi de presiune (vacuum).

Conductivitatea termică are valori cuprinse între 0,029 - 0,05 W/mK, pentru valori ale densității cuprinse

între 18 și 50 kg/m. Cantitatea de dioxid de carbon emis pe durata întregului proces de producție este

estimată la 1915 kg CO2/m3, cea de dioxid de sulf la 3,8 kg SO2/m3, cea de fosfați 0,48 kg PO4/m3, iar

cantitatea de etilenă emisă este estimată la 0,08 kg C2H4/m3

2. Polistirenul extrudat este de asemenea un polimer thermoplastic.

Diferenţa dintre polistirenul expandat si cel extrudat este faptul ca

cel de-al doilea prezintă un grad de densitate mai ridicat şi

impermeabilitate superioară. Deoarece are o structură celulară

închisă, este recomandat mai mult la folosirea în medii cu

umiditate ridicată şi mai putin la faţadele exterioare.

Conductivitatea termică a acestuia poate lua valori între 0,025 - 0,045 W/mK, pentru valori ale densității

cuprinse între 20 și 80 kg/m3.

Cantitatea de dioxid de carbon emisă pe durata întregului proces de producție este estimată la 2150 kg

CO2/m3, cea de dioxid de sulf la 4,53 kg SO2/m3, cea de fosfați 0,55 kg PO4/m3, iar cantitatea de etilenă

emisă este estimată la 0,13 kg C2H4/m3.

3. Spuma de poliuretan (PUR) are in componenţa de bază poliuretani, o familie de polimeri. Acest

produs este un produs din ce în ce mai des folosit în ţara noastră, datorită faptului că se aplica

foarte rapid şi are un indice de rezisteţă termică superior altor produse termoizolante.

“Un polimer este o substanță compusă din molecule cu

masă moleculară mare, formate dintr-un număr mare de

molecule mici identice, numite monomeri, legate prin legături

covalente. “ 5

Conductivitatea termică a spumei de poliuretan poate lua valori între 0,020 -

0,040 W/mK pentru valori ale densității cuprinse între 30 și 80 kg/m3, în

funcție de agentul de expandare. Energia înglobată este cuprinsă între 750 și 1080 kWh/m3. Cantitatea de

dioxid de carbon emis pe durata întregului proces de producție a unui kg de material este estimată la 4,47

kg CO2/m3, cea de dioxid de sulf la 0,019 kg SO2/m3, cea de fosfați 0,00278 kg PO4/m3, iar cantitatea de

etilenă emisă este estimată la 0,00212 kg C2H4/m3. Valorile sunt corespunzătoare spumei de poliuretan

cu densitatea de 40 kg/m3

4. Spuma de poliizocianurat sau spumă polyiso (PIR) .

Diferenţa dintre aceasta şi spuma poliuretanică este doar raportul dintre poliol, (material derivat al

propilenei) şi izocianaţi.

5. Spuma fenolică este de asemenea un polimer termorigid. Utilizarea

panourilor din spumă fenolică este în creştere la nivel mondial

datorită rezistenţei termice ridicate. Produsul este de obicei folosit

pentru izolarea ţevilor, acoperişurilor şi pereţilor.

Spuma fenolică rigidă este o spumă densă, predominant cu celule de

dimensiuni reduse inchise, cu o densitate de 70 - 160 kg/m3. La o

temperatură medie de 0 °C, conductivitatea termică variază intre

0,030 si 0,035 W/mK

6. Izolaţie pe bază de vermiculite. “Vermiculita (vermiculit) este un mineral natural galben-brun sau

auriu, moale, din familia micelor, care se deshidrateaza sub acţiunea căldurii, desfacându-se în foi

5 http://ro.wikipedia.org/wiki/Polimer

cu aspect vermiform, de unde şi denumirea sa ("vermiculite" din latinul "vermiculus"). Acest proces

de exfoliere sau expandare se realizează în cuptoare special concepute în acest scop. “ 6

Densitatea aparentă a vermiculitului în granule expandate (fig. 2.13.) variază între 100 – 300

kg/m3, având o conductivitate termică pe material uscat de 0,046 – 0,064 W/mK

b) materiale ecologice

1. Vata minerală

Vata minerală se împarte după natura materiei prime folosite in :

- vată minerală bazaltică (bazalt,zgură, cocs)

- vată minerală de sticlă (calcar, cuarț, dolomită, etc.).

Vata minerala bazaltică are ca principala materie prima roca bazaltica. Roca amestecată cu cocs şi calcar,

se topeşte în cuptoare cupola la temperaturi de circa 1500º C.

Vata minerala de sticlă este produsul pentru izolaţie cel mai folosit din lume. Spre deosebire de alte tipuri

de izolaţie, vata minerala de sticlă oferă atât izolatie termica cât şi acustica, având o clasificare A1 de

comportament la incendii conform Clasificarii Europene.

6 http://www.vermiculita.ro/

Fig.3 Modul de realizare a vatei de sticla si a vatei minerale [7]

Densitatea materialului este cuprinsă între 30 – 180 kg/m3, iar pentru aceste valori conductivitatea termică

este cuprinsă între 0,033 – 0,050 W/mK. Produsele din vată minerală sunt situate în clasele A1 sau A2 de

protecție la foc.

Cantitatea de dioxid de carbon emis pe durata întregului proces de producție este estimată la 1850 kg

CO2/m3, cea de dioxid de sulf la 4,05 kg SO2/m3, cea de fosfați 0,50 kg PO4/m3, iar cantitatea de etilenă

emisă este estimată la 0,10 kg C2H4/m3.

2. Termoizolatie din pluta

“Pluta este scoarţa stejarului de plută constituită din

milioane de celule moarte pline cu un gaz asemanator

aerului; acest gaz constituie circa 90% din componenţa şi

este responsabil de greutatea foarte scăzută şi rezistenţa

la compresie a plutei. Pereţii acestor celule sunt constitiuţi

din SUBERINA şi CERINA, substanţe care dau

impermeabilitatea, rezistenţa la foc, flexibilitatea şi rezistenţa la putrefacţie. Stejarul de

plută se cultivă pe zone mari în Spania, Portugalia, Alger, Maroc, Franța, Italia și Tunisia.”

7

Plăcile din granule de plută expandată se fabrică în formă paralelipipedică, având densitatea de

150 kg/m3 și conductivitatea termică de 0,035 – 0,055 W/mK. Plăcile din plută bituminată au

densitatea cuprinsă între 160 – 190 kg/m3 și conductivitatea termică de 0,035 – 0,055 W/mK

3. Termoizolaţie din lana de oaie provine din lâna nouă sau

reciclată care ulterior este tratată pentru eliminarea rezidurile şi

pentru protecţie împotriva moliilor. Acest tip de izolaţie este folosit

datorită faptului că lâna are calitatea de a absorbi umiditatea.

Lâna are de asemenea şi calităţi ecologice, deoarece leaga o

cantitate surprinzător de mare de diferite noxe din atmosferă (de

ex. formaldehida, oxid de azot, bioxid de sulf etc.) şi le transformă în compusi inofensivi.

7 http://novosuber.freewb.ro/secretele-plutei

Densitatea izolațiilor termice este de aproximativ 25 kg/m3, iar conductivitatea termică de calcul

este 0.0390 – 0,045 W/mK. Se livrează în suluri cu lățimi de 38 - 57 cm, având grosimea de 5 – 10

cm.

4. Termoizolaţie din bumbac este realizată din produse textile din bumbac reciclat. Izolaţia din

bumbac are proprietăţi termice similare cu cele ale fibrei de sticlă, dar este un mai bun izolator

din punct de vedere fonic.

Termoizolatie din bumbac se comertializeaza în formă de saltele având densitatea cuprinsă între

100 – 150 kg/m3 și conductivitate termică cuprinsă între 0,04 – 0,047 W/mK.

5. Termoizolaţie din celuloza materia primă pentru realizarea

acestui tip de termoizolaţie este hârtia reciclată care mai apoi

este tratată, ignifugată antiseptic şi tratată împotriva

dăunătorilor. Celuloza a fost considerată ca fiind superioară

altor materiale termoizolante, datorită faptului că acoperă mult

mai bine diverse infiltrări ale aerului în anvelopa clădirii. Acest

tip de termoizolaţie poate fi aplicată prin suflare în stare umedă sau uscata. Uneori este

aplicată şi sub formă de placi. Cel mai des este folosită la izolarea mansardei sau a pereţilor.

Materialul se găsește cu densități cuprinse între 30 – 80 kg/m3 și conductivități termice cuprinse

între 0,040 – 0,050 W/mK.

6. Termoizolaţie din lemn.

Plăcile din fibre de lemn sunt folosite ca material termoizolant,

datorită în special performanţelor sale. Fibrele de lemn prezintă

o rezistenţă foarte ridicată la transfer termic, aproape dublu faţă

de vata minerală şi în plus este un material natural şi durabil

care are capacitatea de a absorbi umezeala şi de a lăsa

construcţia să “respire”. Acest lucru previne supraîncalzirea în

timpul verii şi o protecţie împotriva condensului.

Conductivitatea termica a termoizolatiei din lemn se situeaza intre 0,04 – 0,06 W/mK avand o

densitate este cuprinsă între 35 – 250 kg/m3.

7. Termoizolaţie din canepă

Fibrele de canepa care conţin canepă, deşeuri din fibră

de bumbac si o cantitate mica de material termoplastic.

Dearece este o plantă, canepa are şi un efect benefic

asupra sănătăţii, deoarece absoarbe dioxidul de carbon

din atmosfera. Alte avantaje care le ofera acest tip de

izolaţie sunt: se obţine dintr-o resursă regenerabilă, reduce condensul, uşor şi sigur de pus în

operă, rezistenţă sporită la insecte sau paraziţi.

Densitatea acestui material este cuprinsă între 300 – 750 kg/m3, iar conductivitatea termică

cuprinsă între 0,05 – 0,10 W/mK.

8. Termoizolaţia din paie conţine paie topite. “Folosite in general în zone cu caracter agricol,

acolo unde acest tip de material se poate găsi in mod curent. Necesită o minimă procesare,

pentru a se aranja paiele pe o singură direcţie, iar pentru rezultate mai bune se pot folosi în

panouri prefabricate şi montate în situ. Este recomandat ca, indiferent de modul de montaj, să

se folosească o folie impermeabila la apă, care să se monteze către exterior, şi o folie barieră

impotriva vaporilor, care să se monteze la interior, pentru a împiedica condensarea vaporilor în

structura materialului termoizolant. “8

Izolații termice din paie au conductivități termice cuprinse între 0,06 – 0,1 W/mK și densități

cuprinse între 240 – 320 kg/m3.

8 http://www.spatiulconstruit.ro/compendiu/materiale-termoizolante-object_id=23