ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΕΙΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το κτηριακό κέλυφος περιορίζει τη μετάδοση θερμότητας από το κτήριο προς το περιβάλλον και αντίστροφα. Η αναστολή μετάδοσης θερμότητας εξασφαλίζει συνθήκες εσωτερικής θερμικής άνεσης και δίνει τη δυνατότητα επιβίωσης και προσαρμογής των ανθρώπων σε πολύ ψυχρές ή θερμές κλιματικές ζώνες, τις οποίες διαφορετικά δε θα μπορούσαν να εποικήσουν εύκολα.

Η θερμική αγωγιμότητα των υλικών κατασκευής του κτηριακού κελύφους ρυθμίζει (διευκολύνει ή δυσχεράνει) τη μετάδοση θερμότητας. Όταν μειώνεται η θερμική αγωγιμότητα των υλικών, δηλαδή η θερμοπερατότητα του κελύφους, διευκολύνεται η διατήρηση εσωτερικής θερμικής άνεσης με μικρότερη κατανάλωση πρόσθετης ενέργειας θέρμανσης ή ψύξης. Για το λόγο αυτό η εξωτερική επιφάνεια του κελύφους πρέπει να καλύπτεται από υλικά μειωμένης θερμικής αγωγιμότητας. Η εσωτερική πλευρά του κελύφους πρέπει, αντίθετα, να κατασκευάζεται από θερμοχωρητικά υλικά, που συγκρατούν τη ζέστη το χειμώνα και διατηρούν δροσιά το καλοκαίρι.

Υλικά μειωμένης θερμικής αγωγιμότητας είναι αυτά που περιέχουν στη μάζα τους ακίνητο ξηρό αέρα. Οι μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των μορίων του ακίνητου αέρα καθυστερούν τη μετάδοση θερμότητας μέσα στη μάζα του. Όσο μικρότερα, πυκνότερα και περισσότερα είναι τα διάκενα αέρα στη μάζα ενός υλικού, τόσο μικρότερη είναι η θερμική του αγωγιμότητα.

ΙΣΤΟΡΙΑ

Η μόνωση του κτηριακού κελύφους, με εγκλωβισμό ακίνητου αέρα στο σώμα του, χρονολογείται από την αρχαιότητα. Δικέλυφες κατασκευές επιτύγχαναν δραστική μείωση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Αναπτύχθηκαν στα βόρεια κλίματα, ήδη από την εποχή του χαλκού, με δύο παράλληλα διαφράγματα κατασκευασμένα από πλέγμα κλαριών και πηλό και πλήρωση του μεταξύ τους διάκενου με ξερά χόρτα.

Τα θερμομονωτικά υλικά, που χρησιμοποιήθηκαν σε παλαιότερες ιστορικές περιόδους, ήταν κυρίως υλικά φυτικής και ζωικής προέλευσης, ινώδη υλικά που περικλείουν στις ίνες τους αέρα, όπως άχυρο, βαμβάκι, φύκια, λινάρι, μαλλί προβάτου κ.ά. καθώς και υλικά αφρώδους δομής όπως ο φελλός. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης ανόργανα υλικά της Γης, ορυκτής προέλευσης, όπως ελαφρόπετρα, σκουριά, ορυκτές ίνες κ.ά..

Η σύγχρονη τεχνολογία θερμομονώσεων δρομολογήθηκε από τις αρχές του 20^ου αιώνα, όταν άρχισαν να κατασκευάζονται ψυγεία και ψυκτικοί θάλαμοι. Παρουσίασε αλματώδη εξέλιξη, μετά τη δεκαετία του ’40, όταν με την ανάπτυξη της χημικής βιομηχανίας, στη διάρκεια και μετά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, ξεκίνησε η παραγωγή συνθετικών αφρωδών μονώσεων.

Καμπή στην τεχνολογία των θερμομονώσεων δρομολόγησε επίσης ο διεθνής ανταγωνισμός της διαστημικής τεχνολογίας, που ανάπτυξε υλικά ικανά να αντέξουν σε συνθήκες θερμικών απαιτήσεων του διαστήματος, πέρα και εκτός των δεδομένων του πλανήτη, εισάγοντας στην παραγωγή τη νανοτεχνολογία.

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΕΩΝ

Η αξιολόγηση των σύγχρονων υλικών και τεχνολογιών θερμομόνωσης μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη και έγκυρη όταν περιλαμβάνει δύο κατηγορίες κριτηρίων: Κριτήρια χρηστικότητας και κριτήρια περιβαλλοντικών ιδιοτήτων.

Χρηστικά χαρακτηριστικά

Η θερμομονωτική ικανότητα των θερμομονώσεων, δηλαδή ο συντελεστής της θερμικής τους αγωγιμότητας είναι το σημαντικότερο χαρακτηριστικό τους από χρηστική άποψη. Όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ενός υλικού, τόσο μικρότερο είναι το απαιτούμενο πάχος της θερμομόνωσης. Το μικρότερο πάχος δε συμβαδίζει πάντοτε με την προσιτότερη λύση, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για προϊόντα υψηλής τεχνολογίας και ανάλογα υψηλού κόστους.

Η απαιτούμενη θερμομόνωση (συνδυασμός θερμικής αγωγιμότητας και πάχους του κάθε υλικού) συναρτάται άμεσα με τα κλιματικά δεδομένα του κάθε τόπου. Οι απαιτήσεις θερμομόνωσης είναι πολύ μικρότερες σε τόπους, όπου το κλίμα εμφανίζει μικρές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, από ότι σε τόπους με μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας. Η στερεότυπη μεταφορά προδιαγραφών υψηλών απαιτήσεων σε χώρες με ήπια κλίματα συνεπάγεται άσκοπη σπατάλη φυσικών και οικονομικών πόρων και δυσχεραίνει την ενεργειακή θωράκιση των κτηρίων και την συνολική εξοικονόμηση ενέργειας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο ελληνικός Κανονισμός Ενεργειακής Αναβάθμισης Κτηρίων (Κ.Εν.Α.Κ).

Η κλιματική μεταβολή και η σοβαρή διατάραξη των οικολογικών ισορροπιών στον πλανήτη επιτάσσουν την εξοικονόμηση ενέργειας ορυκτών καυσίμων, με κάθε δυνατό τρόπο. Μεγάλο μέρος αυτής της ενέργειας, που στον αναπτυγμένο κόσμο προσεγγίζει το 40%, καταναλώνεται για τη θέρμανση και το δροσισμό των κτηρίων. Η μείωση αυτού του ποσοστού καθορίζεται από την αποτελεσματικότητα των μέτρων ενεργειακής θωράκισης των και των μέτρων παθητικής αξιοποίησης ενέργειας των ανανεώσιμων πηγών. Τα μέτρα αυτά, όπως η θερμομόνωση των κτηρίων, μπορεί να είναι αποδοτικά μόνο όταν απευθύνονται στο σύνολο του πληθυσμού και είναι προσιτά σε αυτόν. Όταν είναι δηλαδή απόλυτα εναρμονισμένα με τα κλιματικά, κοινωνικά και οικονομικά δεδομένα του κάθε τόπου.

Περιβαλλοντικές ιδιότητες

Η θερμομόνωση των κτηρίων εντάσσεται στην επιδίωξη περιορισμού της κατανάλωσης ενέργειας θέρμανσης και ψύξης, που προέρχεται από τους περιβαλλοντικά επιζήμιους, πεπερασμένων αποθεμάτων, ορυκτούς υδρογονάνθρακες. Το συνολικό όμως περιβαλλοντικό ισοζύγιο της χρήσης θερμομόνωσης εξαρτάται καθοριστικά από το είδος της και από τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά των υλικών και των τεχνολογιών της. Το ισοζύγιο αυτό ανατρέπεται εύκολα όταν οι ιδιότητες των υλικών θερμομόνωσης είναι εξίσου ή και περισσότερο περιβαλλοντικά επιζήμιες, δηλαδή όταν:

• Η παραγωγή τους απαιτεί μεγάλη κατανάλωση ενέργειας ορυκτών καυσίμων
• Προέρχονται από πεπερασμένους, εξαντλήσιμους ή σπάνιους φυσικούς πόρους
• Τα υπολείμματα ή τα απορρίμματά τους δεν είναι αφομοιώσιμα από το περιβάλλον
• Τα υλικά και η διαδικασίες παραγωγής τους είναι τοξικά για τους ζωντανούς οργανισμούς

Με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά ξεχωρίζουν βασικές κατηγορίες θερμομονωτικών υλικών και τεχνολογιών.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΕΩΝ

Φυτικές – ζωικές θερμομονώσεις

Οι θερμομονώσεις φυτικής και ζωικής προέλευσης παρασκευάζονται, στην πλειοψηφία τους, από ινώδη υλικά. Οι ίνες των φύλων και των μίσχων των φυτών, καθώς και οι ίνες του τριχώματος των ζώων, περιέχουν στη δομή τους ακίνητο αέρα. Στρώματα ινών μορφοποιούνται σε δομικά προϊόντα πολύ μικρής θερμικής αγωγιμότητας, με εξαιρετικές χρηστικές ιδιότητες.

Η εμπεριεχόμενη ενέργεια στις φυτικές και ζωικές θερμομονώσεις είναι ιδιαίτερα χαμηλή

Οι πρώτες ύλες τους μπορούν να θεωρηθούν ανεξάντλητες, επειδή είναι ανανεώσιμες.

Τα περισσότερα είδη τους μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν και τα υπολείμματά τους, μετά τη χρήση είναι βιοαποδομήσιμα.

Είναι ακίνδυνες για την υγεία των ζωντανών οργανισμών. Κίνδυνοι μπορεί να προέλθουν μόνο από υλικά, που προστίθενται στη μάζα τους κατά την επεξεργασία τους, για τη βελτίωση των χρηστικών τους ιδιοτήτων. Είναι συνήθως παρασιτοκτόνα, υλικά πυροπροστασίας, σταθεροποίησης, συγκόλλησης, στερεοποίησης, σκλήρυνσης κ.ά.. Ορισμένα από αυτά, όπως υλικά φυτικής και ζωικής προέλευσης, είναι ακίνδυνα. Άλλα, όπως ορισμένες χημικές ενώσεις ή συνθετικά υλικά, μπορεί να είναι εξαιρετικά επικίνδυνα και τοξικά. Ο έλεγχος και η γνώση των πρόσθετων αυτών υλικών είναι απαραίτητος.

Ορυκτές θερμομονώσεις

Οι ορυκτές θερμομονώσεις ανήκουν στους ορυκτοβάμβακες, επειδή προέρχονται από την επεξεργασία ορυκτών και πετρωμάτων. Η επεξεργασία τους συνίσταται στην διόγκωση των πρώτων υλών έτσι ώστε να εγκλωβίσουν στη μάζα τους το μεγαλύτερο δυνατό όγκο ακίνητων αερίων. Η διόγκωση γίνεται με χημικές ή μηχανικές διαδικασίες.

Οι ορυκτές μονώσεις παρουσιάζουν χαμηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας και κατά κανόνα, έχουν πολύ καλές χρηστικές ιδιότητες.

Η εμπεριεχόμενη ενέργεια στις ορυκτές μονώσεις είναι υψηλότερη από αυτή των θερμομονώσεων της βιόσφαιρας αλλά πολύ χαμηλότερη από αυτή των συνθετικών θερμομονώσεων.

Οι πρώτες ύλες τους προέρχονται από πεπερασμένους ορυκτούς πόρους, που είναι όμως άφθονοι.

Η αφομοίωση των τελικών απορριμμάτων των ορυκτών μονώσεων εξαρτάται από το βαθμό και τον τρόπο επεξεργασίας τους και από τα πρόσθετα υλικά που περιέχουν. Κατά κανόνα πάντως, δεν είναι αφομοιώσιμα και προστίθενται στα οικοδομικά απορρίμματα.

Οι πρώτες ύλες των ορυκτών θερμομονώσεων δεν είναι τοξικές. Τοξικότητα μπορεί να προκύψει από πρόσθετα υλικά, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή των τελικών προϊόντων τους. Είναι υλικά αδιαβροχοποίησης, σκλήρυνσης συγκόλλησης, διαποτισμού, αφροποίησης κ.ά. Ο έλεγχος και η γνώση των πρόσθετων αυτών υλικών είναι απαραίτητος.

Οι ορυκτές θερμομονώσεις με ινώδη δομή αποβάλουν ίνες κατά την επεξεργασία, τη διαδικασία δόμησης και σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Η χρόνια εισπνοή μιας τάξης μεγέθους αυτών των ινών (μικρών και αόρατων) μπορεί να προκαλέσει καρκίνο των πνευμόνων, μηχανικής αιτιολογίας. Η χρήση χυτών θερμομονώσεων σε εσωτερικούς χώρους επιβάλει τον πλήρη εγκιβωτισμό τους, που πρέπει να συνοδεύεται από επιμελημένη σφράγιση όλων των αρμών.

Στην Ευρώπη λαμβάνονται, από το 1995, μέτρα περιορισμού των θερμομονώσεων που αποβάλουν μικρές ίνες και η παραγωγή προσανατολίζεται σε προϊόντα με μήκος ινών ορισμένων εκατοστών και διάμετρο 3 – 5 μm, οι οποίες θεωρούνται ακίνδυνες. Έτσι οι ορυκτές θερμομονώσεις χωρίζονται σε προϊόντα παλιάς και νέας γενιάς.

Το φράγμα υδρατμών με το οποίο επενδύονται συχνά οι ορυκτές θερμομονώσεις ανακόπτει την άδηλη αναπνοή του κτηριακού κελύφους και ευθύνεται για την πρόκληση του «συνδρόμου των άρρωστων κτηρίων».

Συνθετικές θερμομονώσεις

Η πρώτες και βασικές ύλες των συνθετικών θερμομονώσεων είναι συνθετικά πολυμερή, πλαστικά υλικά, όπως το πολυστυρόλιο, ο βακελίτης και οι πολυουρεθάνες. Πρόκειται για ύλες εξαιρετικών αντοχών, οι οποίες με κατάλληλη μηχανική και χημική επεξεργασία, με την προσθήκη διογκωτικών υλικών ή αφροποιητών, εγκλωβίζουν στη μάζα τους μεγάλους όγκους αέρα ή άλλων αερίων και μετατρέπονται σε θερμομονωτικά υλικά, πολύ μικρής θερμικής αγωγιμότητας.

Οι αφρώδεις συνθετικές θερμομονώσεις έχουν κατά κανόνα χαμηλότερο κόστος από τις φυτικές, ζωικές και ορυκτές και γιαυτό έχουν κατακλύσει την αγορά. Παρουσιάζουν όμως ορισμένα εξαιρετικά σοβαρά μειονεκτήματα:

• Οι πρώτες ύλες τους προέρχονται κυρίως από τον πολυμερισμό των υδρογονανθράκων του πετρελαίου ή άλλων χημικών ενώσεων. Οι περισσότερες από τις μονομερείς ενώσεις, που αποτελούν τη βάση του πολυμερισμού είναι βιολογικά ασύμβατες με τους ζωντανούς οργανισμούς, επιβλαβείς έως και εξαιρετικά επικίνδυνες για την υγεία και το περιβάλλον.
• Τα περισσότερα διογκωτικά υλικά, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κυψελών και διάκενων στη μάζα των συνθετικών θερμομονώσεων, είναι αλογονομένοι υδρογονάνθρακες, οι ονομαζόμενοι χλωροφθοράνθρακες (CFCs), κύριοι υπαίτιοι για την αποδυνάμωση της στοιβάδας του όζοντος. Η παραγωγή και διακίνηση των CFCs περιορίστηκε σημαντικά από το 1994, με την θέσπιση του Κανονισμού 94/C 301/01 της Ευρωπαϊκής Κοινότητας. Παρόλα αυτά εξακολουθούν να παράγονται και να διακινούνται στην αγορά συνθετικές μονώσεις με διογκωτικά των CFCs.
• Τα συνθετικά υλικά που αποτελούν τη μάζα των θερμομονώσεων δεν αναπνέουν. Εμποδίζουν την άδηλη αναπνοή του κτηριακού κελύφους που περικλείουν, με αποτέλεσμα τη συγκέντρωση τοξικών εκπομπών στους εσωτερικούς χώρους και τη συμπύκνωση υγρασίας στα δομικά στοιχεία. Είναι βασική αιτία για την εμφάνιση της νέας γενιάς των ονομαζόμενων «άρρωστων κτηρίων».

Η αντικατάσταση των διογκωτικών των CFCs με άλλα διογκωτικά αέρια συνοδεύτηκε από την προσπάθεια των εταιρειών παραγωγής συνθετικών θερμομονώσεων να εμφανίσουν τα νέα προϊόντα τους ως «οικολογικά», παρόλο που οι πρώτες ύλες παραγωγής τους είναι και εξακολουθούν να παραμένουν τοξικές και επικίνδυνες.

Η ΑΓΟΡΑ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΕΩΝ

Στην παγκόσμια αγορά επικρατέστερες είναι σήμερα οι συνθετικές θερμομονώσεις, που ως κλάδος της χημικής βιομηχανίας των πετροχημικών, υποστηρίζονται από ισχυρά πολυεθνικά κεφάλαια και ελέγχουν τη διεθνή διαφήμιση.

Η αναγνώριση των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων των συνθετικών πολυμερών στο περιβάλλον, στην ποιότητα του εσωτερικού αέρα των κτηρίων και στην υγεία, οι πετρελαϊκές κρίσεις των πρόσφατων δεκαετιών και η οικολογική ευαισθητοποίηση στον αναπτυγμένο κόσμο, προκάλεσαν εκ νέου το ενδιαφέρον και τη στροφή της ζήτησης καθώς και της έρευνας και παραγωγής στην κατεύθυνση των θερμομονωτικών υλικών της βιόσφαιρας. Στην ευρωπαϊκή αγορά διευρύνεται δυναμικά η παραγωγή και η διάδοση μεγάλης ποικιλίας θερμομονώσεων φυτικής και ζωικής προέλευσης.

Στην Ελλάδα, η χρήση των συνθετικών θερμομονώσεων αποτελεί σχεδόν μονόδρομο. Θερμομονώσεις της βιόσφαιρας δεν παράγονται και η εισαγωγή τους είναι ασύμφορη εξαιτίας του υψηλού κόστους μεταφοράς.

Οι πρώτες ύλες όμως, για παραγωγή φυτικών και ζωικών θερμομονώσεων, είναι άφθονες. Πολλές από αυτές ρυπαίνουν το έδαφος ή καίγονται και ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα ή πετιούνται και μεγαλώνουν τον όγκο των απορριμμάτων. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι το μαλλί προβάτων, τα απορρίμματα ξύλου, τα φύκια ή το χόρτο. Θα μπορούσαν, με μικρής κλίμακας επενδύσεις, να τροφοδοτήσουν τη ντόπια παραγωγή καθαρών φυτικών θερμομονώσεων, προσιτού κόστους, πολύτιμη για τον τόπο.

Η ενεργειακή αναβάθμιση του μεγάλου ενεργοβόρου κτηριακού αποθέματος της χώρας αποτελεί άμεση εθνική στόχευση και συνδέεται με σημαντική εξοικονόμηση ορυκτών καυσίμων. Τα κτήρια προβλέπεται να θερμομονωθούν με αφρώδεις συνθετικές μονώσεις, τις μόνες που προσφέρονται σήμερα στην ελληνική αγορά. Αυτό σημαίνει ότι το σημερινό «ενεργοβόρο κτηριακό απόθεμα» θα μετατραπεί αύριο σε ένα εξίσου μεγάλο απόθεμα «άρρωστων κτηρίων».