Grosimea optimă a izolației termice sub o instalație IPAT - Partea I

În primul rând, pt cei care s-au născut mai târziu, sau, dacă preferați, pt cei care au deschis mai târziu televizoarele, haideți să facem urmatoarea precizare: IPAT vine de la Încălzire în Pardoseală cu Agent Termic! Spre deosebire de IPEL, care este prescurtarea de la Încălzire în Pardoseală ELectrică.
Apoi, să stabilim ce fel de polistiren se poate folosi ca izolație termică sub șapa cu IPAT: polistiren expandat EPS sau polistiren extrudat XPS? Răspunsul este: ambele se pot folosi! XPS are o densitate mare, de 40-50 kg/mc, și este aproape complet impermeabil la vaporii de apă. Polistirenul expandat EPS se poate folosi și el cu condiția să fie suficient de dens, adică să aibă o rezistență la compresiune suficient de mare. Adică de la EPS 120 în sus! EPS 120 are o densitate minimă de 20 kg/mc (producatorii zic 22 ± 2% kg/mc), iar EPS 150 are o densitate minimă de 23 kg/mc. De menționat totuși că marii producători de sisteme IPAT care fac acele plăci de polistiren cu nuturi, le fac din EPS 150.
Și ar mai fi de spus două lucruri importante:
1. că polistirenul extrudat XPS este mai scump decât cel expandat EPS, fie el și de densitate mare (cam dublu față de EPS120, vezi tabelul de mai jos);
2. Conductivitatea termică lambda are valori similare atât la polistirenul extrudat XPS, cât și la polistirenul expandat cu densitate mare.
O comparație între ele arată cam așa (prețuri aproximative în aprilie 2020):



Diferență între valorile lambda de maxim 10%. Așa că acest criteriu, al gradului de izolare termică oferit la aceeași grosime, NU prea merită luat în calcul la stabilirea tipului de polistiren folosit la izolarea termică sub șapă, respectiv sub serpentinele IPAT. În consecință, cred că va prima prețul pe mp, și atunci va câștiga EPS-ul. Din păcate, sau din fericire, tot prețul va decide …

Și acum, că ne-am lămurit cum stă treaba cu tipul de polistiren pe care îl putem folosi la izolarea termică a încălzirii în pardoseală, ar trebui să ne ocupăm și de pierderile de căldură ÎN JOS ale unei șape cu IPAT, ca abia apoi să putem înțelege și calcula grosimea stratului de polistiren de sub șapa care înglobează serpentinele IPAT. Aud și văd tot felul de păreri în legătură cu grosimea minimă, sau grosimea recomandată a stratului de izolație termică de sub circuitele IPAT. Unii spun că, dacă încăperea cu IPAT se află la etaj, deci sub ea este o altă încăpere locuită și deci încălzită normal, nu mai este nevoie de polistiren în șapa cu IPAT, deoarece căldura care se pierde în jos nu se irosește de fapt, căci ajunge tot într-o cameră locuită, și prinde bine și acolo. (u nu prea înțeleg cum e bine să fie cald lângă tavanul unei camere, unde nu te ajută cu nimic, căci aerul cald stă sus, căldura merge în sus. Și oricum nu prea pierzi căldură în sus, către camera cu IPAT, căci se presupune că are aceeași temperatură interioară ca și cea de sub ea, ambele fiind locuite. Iar la parter, unde sub serpentinele IPAT este placa și apoi pământul, cică ar fi nevoie de 2-3 cm de izolație termică sub șapă. Alții spun că la etaj este nevoie de minim 7-8 cm, iar la parter de minim 10 cm, sau chiar 15-20 cm (!!!) de polistiren, mai ales dacă nu s-a pus un strat de izolație termică în placă. Cam acestea sunt părerile situate la extreme. Și, ca de obicei, extremele nu sunt bune, iar adevărul este întotdeauna undeva la mijloc.
Haideți să vedem ce înseamnă acest “mijloc”! Dar nu cu povești, impresii și păreri din burtă, nu cu sfaturi din auzite de la unu’-altu’, nu din vasta experiență a meșterului Dorel, ci cu stasul european 1264 în față! Mai precis, cu fișierul meu intitulat “Calcul IPAT conform EN 1264”, care reproduce întrutotul formulele de calcul din acest normativ.
Haideți să ne imaginăm următoarele 2 situații posibile, alese aproape aleator :), notate în fișierul “Calcul IPAT conform EN 1264”, și să vedem ce rezultate obținem:
1). În prima pagină, cea cu q max, notăm o cameră medie de 16 mp, un necesar termic dorit de 900 W (decent), temperatura interioară de calcul normală 20*C, ecart 4*C, rezistența termică a finisajului pardoselei 0,025 mpK/W (gresie etc). Sub planșeul cu IPAT notăm “o altă cameră” cu aceeași temperatură interioară de calcul de 20*C (celula W18). Restul setărilor și datelor oferite se pot vedea în poza de mai jos (clic pe ea pt mărire):

Rezultă un singur circuit scurt de 42 m, la pas lejer de 37,5 cm, cu o temperatură a pardoselei de 25,4*C, și o temperatură de tur de 43,4*C. Dar atenție la 4 detalii: un debit de 308 litri/oră, un total al pierderilor de căldură pt întregul circuit, deci pt întreaga cameră, de 534 W în jos!!! (vezi celula K24) care reprezintă 59,3% !!! din totalul de caldură necesar și oferit camerei de circuitul respectiv (vezi celula M24) și toate astea pt că în celula H16 NU AM NOTAT NIMIC! Adică ZERO mm izolație sub serpentina circuitului! Adică am pus serpentina direct pe planșeul din beton armat (cum cred unii că este ok) și gata! Bineînțeles, doar ca să vedem ce rezultate obținem! 😊
DECI: fără nicio izolație sub serpentină, ÎN JOS se pierd 534 W!!! Deși circuitul furnizează cei 900 W doriți!!! Asta înseamnă că, de fapt, la debitul de 308 litri/oră cu temperatura de tur de 43,4*C și ecartul de temp de 4*C, circuitul furnizează de fapt 900 + 534 = 1.434 W în total! Haideți să vedem dacă este corect și dacă putem avea încredere în aceste rezultate. Cum putem verifica asta, tot cu același program?
Simplu și logic: păi circuitul neizolat PLUS pierderile de căldură în jos nu cumva ar trebui să ofere rezultate identice cu un circuit al cărui necesar termic dorit să fie SUMA lor, dar cu pierderi termice în jos NULE, la aceeași temperatură de tur și cu același debit de agent termic / ecart? Nu e logic așa? Păi … cam da, nu? Cum anulăm (aproape) de tot pierderile de căldură în jos în program? Păi … hai să notăm în celula H16, că nu ne doare mâna, valoarea 5.000 mm! Știu, o să ziceți că nu se poate 5 METRI de polistiren sub șapă, și așa este!, că este o aberație, și așa este!, dar voi nu ați auzit de teste și simulări gratis? Nu mai bine simulezi o aberație întrun mediu sigur și gratis, ca să înveți și să înțelegi ceva, decât să recomanzi sau să îți fie recomandate soluții proaste care nu au nicio legătură cu realitatea și cu calculele?
Mă rog, pe cei care nu pot trece peste simularea asta, îi lăsăm în durerea lor, iar pe cei care au trecut de ea, îi anunț cu bucurie și mândrie: GATA! QED! Vezi poza de mai jos:



Am demonstrat ceea ce am avut de demonstrat! Întradevăr, programul afișează (cu un pas de 20 cm) un debit de 309 litri pe oră și la o temperatura de tur de 43,6*C! Deci cvasi-identic cu cel de la care am plecat. Deci logica și programul funcționează, iar pierderile de căldură în jos afișate par să fie corecte!
2). Ca să nu cumva să ziceți sau să credeți că aceste rezultate care respectă logica și algoritmul de calcul din stasul 1264 sunt întâmplătoare, haideți să mai facem o simulare! De data asta, notăm un necesar termic dorit de 1.200 W, o rezistență termică a finisajului pardoselei de 0,075 mpK/W (în general, parchet normal) și “placa pe sol” de 7*C, ca să vedem dacă și în acest caz se verifică concordanța rezultatelor de mai sus. Păstrăm ZERO izolație sub serpentine (celula H16), ca să vedem ce “iese”. Vezi poza:



Rezultatele sunt următoarele: la un pas decent de 20 cm, cu o temperatură de tur de 44,6*C (aproape de maximul permis), debitul este de 305 litri/oră. Ei bine, în acest exemplu, pierderile de căldură în jos sunt de 218 W pt întreaga suprafată a circuitului, respectiv a camerei, ceea ce reprezintă 18,2% din necesarul termic al camerei, de 1.200 W. Înseamnă că circutul produce de fapt 1.200 W care merg spre camera încălzită cu IPAT + 218 W care se pierd în jos, prin placă spre pământ = 1.418 W. Deci, la fel de logic: ar trebui ca un circuit pt 1.418 W și făra pierderi de căldură în jos să afișeze, la aceeași temperatură de tur, același debit de agent termic, nu? Ei bine, exact așa se și întâmplă (la un pas de 12,5 cm), și iată mai jos poza cu dovada:

Ca bonus, la finalul acestei demonstrații, haideți să mai facem și o altfel de verificare a datelor! Haideți să pornim de la ultimul exemplu: la necesarul termic inițial de 1.200 W, oare cât ar fi debitul dacă NU am mai avea acele pierderi de căldură în jos de 218 W ? Zis și făcut: 259 litri/oră. Buuuun! Deci debitul de agent termic ar fi mai mic cu 305-259=46 litri/oră. Adică, din debitul de 305 l/h, doar 259 l/h “transportă” căldura care ajunge în camera cu IPAT, iar restul de 46 l/h “transportă” căldura care se pierde prin placă în jos spre pământ. Acum, hai să vedem câtă căldură transportă de fapt acești 46 l/h de agent termic! Aproximând 1 litru apă = 1 kg apă, avem Q = Volum x Csp apă x ΔTemp = 46 litri apă x 1,163 Wh/kgK căldura specifică a apei x 4*C ecartul de temperatură = 214 Wh. Aproape identic cu cei 218 W pe oră căldură pierdută în jos prin placă, deci … rezultatele sunt corecte și verificabile fizic. Această diferență minusculă provine de la rotunjirile de zecimale pe care le face programul…

Și acum, poate mulți ați observat aparenta anomalie și vă întrebați: cum de pierderile de căldură în jos spre o altă cameră în care sunt tot 20*C sunt cu mult mai mari decât spre pământul de sub casă, considerat la 7*C, adică o temperatură mult mai mică? Explicația - în partea a doua a postării pe care o puteți găsi AICI . La finalul postării, veți găsi și fișierul Excel cu care am făcut simulările, și pe care îl puteți utiliza și voi ...