de Mason Knowles
De zeci de ani, proiectanții de mansarde și spații de trecere au folosit ventilația încrucișată pentru a minimiza potențialul de acumulare a umidității și de condensare. Cu toate acestea, impulsionate de afirmațiile recente privind economiile de energie și controlul umidității, mansardele neventilate au devenit populare atât în aplicațiile rezidențiale, cât și în cele comerciale. În timp ce aceste mansarde pot fi utilizate în multe circumstanțe, acest autor consideră că există motive pentru a utiliza ansambluri ventilate în multe situații.

Metodele tradiționale de materiale de izolare și de proiectare solicită utilizarea circulației aerului în spațiul mansardei pentru a ajuta la uscarea excesului de umiditate. În climatele de încălzire și răcire, această umiditate ar putea să se deplaseze potențial prin fibrele de izolație din cavitățile clădirii.

Remediul tradițional pentru această umezire este de a încetini afluxul de aer încărcat de umiditate în cavitate prin utilizarea unui retardator de vapori interior și prin aerisirea cavității acoperișului spre exterior pentru a facilita antrenarea umidității (adică uscarea).

Când se face corect, aerisirea mansardei poate reduce potențialul de condensare atât iarna cât și vara. În timpul iernii, cauza principală a problemelor de umiditate din mansardă provine din cauza aerului cald și umed care se infiltrează în spațiul mansardei din zonele locuite și se condensează pe suprafețele reci. Acest lucru se poate intensifica atunci când luminile, țevile, orificiile de aerisire și alte penetrări străpung podeaua mansardei. Prea des, conductele de ventilație mecanică de la băi, bucătării sau spălătorii depun aer cald și umed în pod în loc să se afle în afara anvelopei clădirii.

O combinație de etanșare a aerului și de izolare a podelei podului, asigurând în același timp ventilația, reduce considerabil potențialul de condensare, deoarece este mai puțin probabil ca aerul cald și umed să pătrundă în spațiu și să se condenseze pe suprafețele reci. Ca urmare, aerul mai rece și mai puțin umed din exterior poate fi aspirat prin orificiile de aerisire de sub streașină plasate pe porțiunea inferioară a acoperișului și poate curge spre orificiile de aerisire de pe acoperiș sau de pe coamă, înlocuind aerul cald și umed care s-ar fi putut infiltra în pod.

În timpul verii, aerul cald și umed provine în cea mai mare parte din exteriorul clădirii. Ca atare, s-ar părea că aerisirea mansardei ar crește potențialul de condensare. Cu toate acestea, opusul este adevărat dacă podeaua mansardei este etanșată și izolată.

Chiar atunci când aerul exterior este cald și umed, dacă spațiul mansardei este etanșat din interior, acesta este mult mai cald decât aerul exterior. Cu cât aerul este mai cald, cu atât mai multă umiditate (adică umiditate absolută) poate reține spațiul aerian. Prin urmare, înlocuirea aerului mai cald din pod cu aer exterior mai rece – chiar și la o umiditate relativă (RH) considerabil mai mare – tinde să usuce spațiul, reducând la minimum potențialul de condensare.

Așa cum demonstrează figura 1, dacă aerul exterior este de 32 C (90 F) și 70 la sută RH, acesta este mai uscat decât spațiul mansardat interior care este de 43 C (110 F) la 40 la sută sau mai mult RH.

Acest proiect este mai puțin eficient atunci când echipamentele HVAC și conductele se află în spațiul mansardat. În aceste cazuri, sistemelor le este mai greu să mențină temperatura dorită. Aerul din interiorul conductelor are dificultăți în menținerea temperaturii atunci când spațiul este prea cald sau prea rece și trebuie să se prelungească pentru curse lungi. În climatele moderate, acest lucru nu reprezintă o problemă semnificativă. Cu toate acestea, în medii mai extreme, atât calde, cât și reci, poate fi o problemă.

De exemplu, în funcție de culoarea acoperișului și de orientarea față de soare, temperaturile aerului din pod pot depăși 55 C (131 F) atunci când afară sunt mai puțin de 38 C (100 F). Acest interior fierbinte poate face ca conductele și echipamentul HVAC să lucreze mult mai mult pentru a reduce temperatura la niveluri confortabile. Acest lucru este mai pronunțat în cazul în care conductele au scurgeri și echipamentul HVAC extrage aer chiar din spațiul de la mansardă. De asemenea, dacă suprafețele exterioare ale echipamentului HVAC sau ale conductelor ajung la 26 C (79 F), este nevoie doar de 21 la sută RH pentru a provoca condensare.

Asamblări de mansardă neventilate
Mai mult decât atât, mansardele neventilate se bazează pe o izolație impenetrabilă la aer instalată pe partea inferioară a acoperișului (adică tavanul mansardei) pentru a împiedica umiditatea din aer să ajungă la o suprafață rece și să se condenseze în interiorul anvelopei clădirii. În acest proiect, izolația separă în mod eficient spațiile interioare și exterioare, încetinind în același timp fluxul de umiditate, astfel încât punctul de rouă să nu fie atins în interiorul anvelopei clădirii.

Cele două produse cel mai des utilizate într-un ansamblu de mansardă fără ventilație sunt spuma poliuretanică pulverizată (SPF) de densitate medie și de densitate mică.

În construcții și climate tipice, se pot respecta tabelele codului de construcții atunci când se utilizează SPF ca izolație și etanșare la aer. Cu toate acestea, în cazurile în care o unitate de vapori se deplasează în mod constant într-o singură direcție – cum ar fi aplicațiile de depozitare la rece sau piscinele – este prudent să se efectueze o modelare sau calcule higrotermice pentru a determina dacă designul propus este potrivit pentru aplicație.

Densitate medie
Calculele de umiditate ale ansamblurilor clădirii (adică modelarea higrotermică) și observațiile pe teren demonstrează că densitatea medie (i.e.e. 2-pcf) SPF elimină potențialul de condensare în majoritatea zonelor și situațiilor climatice fără ventilație sau elemente suplimentare de întârziere a vaporilor.

Conform ASTM E96, Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials (Metode standard de testare a transmiterii vaporilor de apă de către materiale), SPF de densitate medie are un indice perm de aproximativ 1,5 până la 3,0 la 25 mm (1 inch) și o valoare R de aproximativ 1,05 la 25 mm (6,0 la 1 inch). De asemenea, a fost testat pentru a funcționa ca o izolație impermeabilă la aer.1 Această combinație de permeabilitate scăzută, valoare R ridicată pe centimetru și caracteristici de barieră de aer încetinește în mod eficient fluxul de vapori, separă mediul exterior de cel interior și elimină introducerea aerului încărcat de umiditate.

Proprietățile fizice și caracteristicile de performanță ale SPF permit proiectarea mansardelor neventilate și a spațiilor de târâre cu potențial minim de condensare în interior.

Modelarea higrotermică a ansamblurilor de clădiri și observațiile din teren demonstrează că SPF cu densitate redusă poate fi utilizat în climatele calde și mixte fără un element suplimentar de întârziere a vaporilor. Cu toate acestea, în climatele mai reci, este necesar un element adițional de întârziere a vaporilor pentru a preveni potențialul de condensare.

FPS de densitate redusă are un indice de permeabilitate cuprins între 8 și 15 pe 76,2 și 127 mm (3 și 5 inci) și o valoare R de aproximativ 0,616 pe 25 mm (3,5 pe 1 inci). Atunci când este testat ca parte a unui ansamblu, SPF de joasă densitate poate fi o barieră de aer eficientă.

Rezultatul este că proprietățile fizice ale SPF de joasă densitate separă eficient temperaturile interioare și exterioare și minimizează infiltrațiile de aer, dar permit o rată mai mare de transmitere a vaporilor de apă decât SPF de densitate medie. Acest lucru facilitează proiectarea mansardelor neventilate în climatele calde și mixte fără un retardator de vapori suplimentar, dar necesită un element adițional de retardare a vaporilor în regiunile mai reci.

Care dintre aceste sisteme vine cu un cost superior – de obicei de două până la trei ori mai mare decât prețul unui ansamblu de mansardă ventilată din fibră de sticlă sau celuloză suflată.

Asambluri de mansardă combinate
Proiectarea rezidențială modernă constă în elevații care pot crea diverse spații de mansardă în cadrul aceleiași clădiri. De exemplu, casa acestui autor are un spațiu mansardat accesibil cu o ușă standard la etajul al doilea și o secțiune superioară la care se poate ajunge doar printr-o trapă de tavan. Mansardele sunt, de asemenea, atașate, ceea ce face extrem de dificil de izolat ca ansamblu neevacuat. În plus, o parte din spațiul de mansardă se află deasupra unei terase exterioare, în timp ce alte secțiuni se află deasupra spațiului interior al casei. Cuptoarele, conductele și echipamentele de aer condiționat (AC) trec prin toate spațiile de mansardă de la toate nivelurile, cu excepția mansardelor și a spațiului de deasupra terasei exterioare.

Când s-a stabilit cum să se izoleze acest spațiu de mansardă, au fost luate în considerare diverse ansambluri și a fost planificată o combinație hibridă de spațiu de mansardă ventilat și neventilat.

Locuitoarele și spațiul de mansardă de deasupra verandei exterioare au fost izolate de restul mansardei prin realizarea unui perete de placaj, apoi izolarea peretelui cu SPF cu celule închise. După aceasta, SPF cu celule închise a fost, de asemenea, instalat pe partea inferioară a terasei acoperișului.

Codurile de construcție și ansamblurile de mansardă
Din 2004, suplimentele Consiliului Internațional de Coduri (ICC) la Codul Rezidențial Internațional (IRC) înseamnă că ansamblurile de mansardă fără ventilație au fost acceptate de codurile de construcție în aplicațiile rezidențiale, dar nu și în cele comerciale. IBC impune ventilarea mansardelor și a spațiilor de trecere și nu abordează conceptul de mansardă fără ventilație. Cu toate acestea, mulți oficiali ai codurilor de construcții au acceptat mansardele neventilate, de la caz la caz, atunci când li s-au prezentat dovezi convingătoare – cum ar fi modelarea higrotermică a ansamblurilor propuse – că ansamblul va funcționa corespunzător. Cerințele s-au schimbat ușor de-a lungul anilor, dar multe dintre elemente au rămas aceleași.

Suplimentul ICC din 2007, Codul internațional de conservare a energiei (IECC) 202, „Definiții generale”, a introdus trei noi clase de retardați de vapori:

• Clasa I: 0,1 perms sau mai puțin;
• Clasa II: 0.1 până la 1 perm;
• Clasa III: 1,0 până la 10 perm.

FPS de densitate medie cu o grosime de 51 până la 76 mm (2 până la 3 in.) se încadrează de obicei în clasa II, în timp ce SPF de densitate mică cu o grosime de 89 până la 140 mm (3,5 până la 5,5 in.) se încadrează în clasa III.

Classele de retardatori de vapori sunt importante pentru a specifica corect ansamblurile de mansardă neventilate. Calificările pentru mansardele neventilate sunt enumerate în secțiunea IRC R806.4, „Ansambluri de mansardă neventilate”. Aceasta necesită îndeplinirea următoarelor condiții:

• este complet conținută în interiorul anvelopei termice a clădirii;
• nu se instalează niciun retardator de vapori interior pe partea sa de tavan (adică pe podeaua mansardei);
• cel puțin 6,3 mm (1/4 in.) de spațiu de aer aerisire ventilat separă orice șindrilă sau șindrilă din lemn și subțesătura acoperișului de deasupra învelitorii structurale; și
• pentru zonele climatice 5, 6, 7 și 8 ale IECC, izolația impermeabilă la aer este un retardator de vapori sau un retardator de vapori este instalat în contact direct cu izolația (acest lucru s-ar aplica la SPF de joasă densitate).

În funcție de impermeabilitatea la aer a izolației aflate direct sub învelitoarea structurală a acoperișului, secțiunea IRC impune, de asemenea, una dintre aceste condiții:

• numai izolație impermeabilă la aer (de ex. SPF cu celule închise) trebuie aplicată în contact direct cu partea inferioară a învelitorii structurale a acoperișului;
• în plus față de izolația permeabilă la aer instalată direct sub învelitoarea structurală, izolația impermeabilă din plăci sau folii rigide trebuie instalată direct deasupra învelitorii structurale a acoperișului, așa cum se specifică în tabelul 8 (figura 2) pentru controlul condensării; sau
• izolația impermeabilă la aer trebuie instalată pe partea inferioară a învelitorii acoperișului, așa cum se specifică în tabelul R806.4 pentru controlul condensării, în timp ce izolația permeabilă la aer trebuie instalată direct pe partea inferioară a izolației impenetrabile la aer.

(Această secțiune s-ar aplica sistemelor flash și batt în care un strat de SPF cu celule închise este instalat pe partea inferioară a terasei acoperișului și o altă izolație, cum ar fi fibra de sticlă, este instalată direct pe SPF.)

Probleme cu mansardele neventilate
Acceptarea conceptului de mansarde și spații de trecere în gol a generat o oarecare îngrijorare din partea celor care nu sunt familiarizați cu proprietățile fizice și capacitățile de control al umidității ale SPF. O îngrijorare frecventă auzită atunci când se specifică SPF în aceste spații este aceea că spuma cu celule închise instalată pe partea inferioară a acoperișurilor din lemn va duce la putrezire, deoarece scurgerile nu sunt detectate datorită rezistenței la apă a poliuretanului. Cu toate acestea, spuma cu celule închise respinge apa lichidă. Aceasta etanșează fisurile și crăpăturile din puntea de lemn, astfel încât orice apă care trece de sistemul de acoperișuri rămâne deasupra punții de lemn. Gravitația o duce apoi în jos până la marginea clădirii și în afara acoperișului.

Dacă suprafața exterioară a lemnului este umedă atunci când este instalată spuma, atunci uscarea ar avea loc dinspre partea acoperișului spre exterior, nu prin lemn spre spumă. Acest lucru ar fi la fel dacă spuma nu ar fi instalată. În cazul în care lemnul este saturat, cele mai bune practici din industrie cer să nu se instaleze spuma. Dacă spuma este instalată pe lemnul umed, acest lucru este evident pentru aplicator și ar exista celule deschise și o densitate mai mică, permițând absorbția de apă în spumă. În acest caz, scurgerile ar apărea în interior. Indiferent de aceasta, un sistem de acoperiș ar trebui să fie inspectat în mod regulat pentru a detecta dovezile de scurgeri ale acoperișului și potențiale deteriorări ale punții acoperișului. Izolația cu spumă nu face ca daunele să fie mai greu de detectat.

În climatele mai reci, SPF poate reduce potențialul de formare a barajului de gheață. Aceasta împiedică aerul cald să ajungă la partea inferioară a acoperișului, unde ar putea topi zăpada, determinând apa să curgă în jos și să reînghețe în streașină. Este important să se extindă izolația dincolo de peretele interior al stâlpilor de-a lungul spațiului de sub streașină. Dacă golurile de aer nu sunt etanșate în partea de sus a peretelui, aerul cald poate încălzi partea inferioară a acoperișului și poate provoca baraje de gheață în climatele reci.

O altă preocupare este că mansardele neventilate cu izolație instalată la partea inferioară a terasei acoperișului cauzează temperaturi excesiv de ridicate ale șindrilelor, reducând speranța de viață a acestora.

Câțiva producători de șindrilă asfaltică exclud în mod specific garanțiile bazate pe „ventilația necorespunzătoare a mansardei”. Cu toate acestea, alții permit în garanțiile lor utilizarea SPF instalat la partea inferioară a acoperișurilor în poduri neventilate.

Studii inginerești efectuate de Carl Cash (fost președinte al Comitetului ASTM D08 pentru Acoperișuri) au explorat premisa ventilației podului și efectul acesteia asupra temperaturii șindrilelor în comparație cu alți factori care ar putea influența temperaturile șindrilelor. Potrivit lui Cash:

Ventilația acoperișului reduce temperatura medie a acoperișului cu -1,75 C (5 F), ceea ce reprezintă o treime din influența culorii șindrilelor, a aspectului acoperișului (direcția în care este orientat) și 1/36 din influența locației geografice.

O altă preocupare des invocată este că, deoarece spuma de pulverizare cu celule închise este un retardator de vapori, nu poate fi utilizată în climatele calde și umede, deoarece împiedică vaporii de apă să intre și să iasă din ansamblu.

Spuma de pulverizare cu celule închise are un indice perm de aproximativ 1.5 până la 3,0 pe 25 mm (1 inch) și o valoare R de aproximativ 1,05 pe 25 mm (6,0 pe 1 inch) Această combinație permite un flux controlat de vapori de umiditate, separând în același timp mediul interior de cel exterior. Rezultatul este un control mai bun al condensării în interiorul anvelopei clădirii, atât timp cât există suficientă izolație SPF pentru a preveni condensarea. În majoritatea aplicațiilor, 12,7 până la 25 mm (0,5 până la 1 inch) de SPF va fi suficientă în climatele calde și mixte, iar în regiunile mai reci este nevoie de 38 până la 63,5 mm (1,5 până la 2,5 inch). Trebuie remarcat faptul că sunt recomandate calculele de modelare higrotermică atunci când apar condiții atipice, cum ar fi mediile extreme și construcția sau proiectarea neobișnuită.

Când se utilizează un sistem de izolație hibrid, cum ar fi spuma de pulverizare cu celule închise acoperită cu izolație din fibră de sticlă sau celuloză, este necesară o grosime mai mare de spumă cu celule închise pentru a reduce potențialul de condensare.

O altă întrebare privind utilizarea spumei de pulverizare este ce se întâmplă atunci când un aplicator pulverizează neintenționat spumă pe cherestea umedă, în special pe elementele umede ale cadrelor. Au fost efectuate cercetări cu privire la instalarea SPF pe cherestea umedă. Cartea doctorului Mark Bomber, „Spray Polyurethane Foam in External Envelopes of Buildings” (Spumă poliuretanică pulverizată în învelișurile exterioare ale clădirilor), relatează despre cercetările efectuate pe această temă. Aceste cercetări demonstrează că spuma cu celule închise în condiții tipice de construcție (adică atunci când este instalată peste o structură din lemn care are un conținut de umiditate cuprins între 28 și 35 %) a avut nevoie de aproximativ 35 de zile pentru a se usca la un conținut de umiditate mai mic de 19 %, comparativ cu 8,5 zile pentru a se usca fără spumă atașată. De asemenea, a raportat că s-au păstrat calitățile de etanșare la aer ale spumei.

Cu toate acestea, acest articol nu a raportat consecințele instalării SPF cu celule închise pe partea rece a unui perete cu un gradient termic constant. De exemplu, în climatele nordice extreme sau în spațiile de depozitare la rece, condițiile ar duce la o antrenare a umidității în mod constant într-o singură direcție, ceea ce ar încetini uscarea până la punctul în care ar putea apărea putrezirea lemnului.

Indiferent, industria SPF nu recomandă pulverizarea spumei cu celule deschise sau închise pe suprafețe ude sau umede, deoarece aderența spumei va fi afectată. La fel ca în cazul aplicațiilor de vopsire și acoperire, substraturile care urmează să primească SPF de toate tipurile trebuie să fie relativ uscate (de exemplu, lemnul cu un conținut maxim de umiditate de 18 %). Acest lucru poate fi verificat cu ușurință cu un umidometru. Instalatorii știu instantaneu dacă suprafața din lemn este umedă, deoarece lichidul reacționează cu umiditatea, provocând o variație de culoare și o creștere slabă a spumei.

Concluzie
În concluzie, o mărime unică nu se potrivește tuturor atunci când se stabilește dacă se va folosi un ansamblu de mansardă ventilat sau neventilat. Doar pentru că ceva este popular sau la modă nu înseamnă că este cea mai bună alegere. Variabilele care influențează decizia de a ventila sau de a nu ventila includ:

• temperatura și umiditatea interioară și exterioară;
• tipul de HVAC și de conducte;
• conducerea anticipată a vaporilor;
• materialele de construcție;
• tipul de clădire;
• configurarea structurii; și
• codurile de construcție.

Este important ca un specificator să ia în considerare toți acești factori înainte de a întocmi planurile și de a face o recomandare finală.

Note
1 Materiale care au fost testate în conformitate cu ASTM 283 pentru a permite mai puțin de 2 L/m2 de aer la 75 kPa. (back to top)

Mason Knowles este președintele Mason Knowles Consulting LLC, specializat în furnizarea de servicii educaționale/de formare, aplicații pentru rezolvarea problemelor, servicii și articole tehnice și prezentări specifice industriei de spumă pulverizată. El are 42 de ani de experiență în industria spumei pulverizate ca antreprenor, producător de spumă poliuretanică pulverizată (SPF) și de echipamente, precum și ca director de asociație comercială. Knowles prezidează Subcomitetul ASTM pentru acoperișuri din spumă pulverizată și grupul de lucru ASTM responsabil pentru ASTM C 1029, Specificația pentru spumă poliuretanică aplicată prin pulverizare (Spray-applied Polyurethane Foam Specification). Este inspector de clădiri și acoperișuri acreditat de către Asociația pentru spumă poliuretanică pulverizată (SPFA) și instructor pentru cursurile SPFA pentru aplicatori și inspectori. Knowles este membru al International Code Council (ICC), RCI International, Insulation Contractors Association of America (ICAA), SPFA, Building Enclosure Technology and Environment Council (BETEC) și al echipelor de investigare a uraganelor și grindinei din cadrul Roofing Industry Committee on Weather Issues (RICOWI). El poate fi contactat prin e-mail la [email protected].

Pentru a citi prima bară laterală, faceți clic aici.

Pentru a citi a doua bară laterală, faceți clic aici.