בידוד תרמי: עניין של נוחות

המבנה, המשמש כמגן בפני תנאי אקלים קיצוניים, אמור להעניק למתגוררים בו תחושה של נוחות. הרגשת הנוחות תורמת להעלאת יכולת התפקוד, גופנית ורוחנית, ומשפרת את תנאי המנוחה והשינה.

מקובל, שאדם מרגיש נוח בסביבת לחות גבוהה, כמו בשפלת החוף, בטמפרטורה שאינה נמוכה מ 18 מעלות בחודשי החורף, ואינה עולה על 24 מעלות בקיץ. בסביבה יבשה, כמו הנגב, טמפרטורת הנוחות הסבירה מגיעה בקיץ עד 26 מעלות. לכן בחורף - כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת ל"טמפרטורת הנוחות",יש לחמם את הדירה, בעוד שבקיץ, במיוחד באזורים בהם שוררים תנאי אקלים יבשים וחמים, יש הכרח בקירור.

על הרגשת הנוחות משפיעה, מלבד הטמפרטורה בחלל החדר, גם הטמפרטורה של הקירות החיצוניים. כאשר טמפרטורת המשטח הפנימי של הקירות החיצוניים, גבוהה או נמוכה מהטמפרטורה השוררת בחדר, (בגבול של 3 מעלות צלזיוס למטה או למעלה) נוצרת בקרבת הקירות הרגשת אי נוחות. בקיץ הקיר "יקרין חום", בהיותו חם יותר מהאוויר בדירה, בעוד בחורף תורגש "זרימת קור", משום שחום הקיר נמוך מזה שבדירה.

כאשר מחממים/מקררים את הדירה, נוצר זרם חום/קור העובר דרך "המעטפת החיצונית". מעטפת החוץ כוללת את הקירות החיצוניים, הגג והרצפה (על עמודים או על הקרקע), דהיינו, סך הרכיבים ה"עוטפים" את הדירה מכל צדדיה. זרימת החום גורמת להפסד האנרגיה המושקעת בחימום/קירור, מכאן שככל שרכיבי המעטפת יהיו בעלי בידוד תרמי באיכות גבוהה יותר, כך הפסד האנרגיה יהיה, מן הסתם, נמוך יותר.

מחקרים הוכיחו, שההשקעה הכספית בבידוד תרמי באזורים בהם נדרש חימום/קירור ממושך, מוחזרת תוך מספר מועט של שנים. מלבד החזר ההשקעה והחיסכון, בידוד תרמי מתאים משפר את הרגשת הנוחות גם בימים בהם אין כלל צורך לחמם או לקרר את הדירה. בידוד תרמי תקני מקצר את משך הזמן בו נדרש חימום/קירור הדירה, ומקטין הסבירות להתהוות העיבוי והופעת העובש.

עיבוי: כאשר טמפרטורת המשטח הפנימי של המעטפת החיצונית נמוכה מטמפרטורת הדירה, עלולים אדי המים הנמצאים באוויר הדירה להתעבות במגע עם הקיר או התקרה, ולהפוך לטיפות מים. מדובר בטיפות המצטברות על גבי משטחים אטומים, כמו זגוגיות, חלונות ואריחי קרמיקה. במשטחים סופגים, כמו טיח פנים רגיל, נספגות הטיפות לחלקים פנימיים של הקיר. ככל שהתופעה מתמשכת, מצטברת רטיבות בתוך הקיר, וזו עלולה לגרום להופעת פטריות ועובש.

מקורם של אדי המים בדירה, בלחות האוויר החיצוני, בתוספת הלחות הפנימית, שהיא תוצאה ישירה של אורח החיים ומשטר האוורור בדירה. הלחות הפנימית נוצרת על ידי נשימה, בישול, כביסה וכמובן - חימום בעזרת תנור גז או נפט ללא ארובה.

גשרים תרמיים: אזורים רגישים במיוחד לתופעת העיבוי הם ה"גשרים התרמיים", הנמצאים בקירות החיצוניים ובתקרת הגג. הגשרים התרמיים נוצרים בחלקי המבנה המשולבים במעטפת החיצונית בהם הבידוד התרמי קטן יותר מאשר במשטחים הסמוכים להם, לדוגמא: חגורות בטון בתקרות, בקורות ובעמודיה בטון המשולבים בקירות חוץ.

מעבר חום: בכל מקום שבו הטמפרטורה הפנימית הרצויה שונה מזו של הסביבה החיצונית, מתקיים "מעבר חום" העושה את דרכו מהאזור החם אל האזור הקר. מעבר החום נעשה בשלושה דרכים אפשריות: על ידי הולכה, זרימה (הסעה), או על ידי קרינה.

הולכה- מעבר החום דרך גופים מוצקים, כמו תקרות וקירות, מותנה בהתנגדות התרמית, דהיינו, כושר הבידוד של החומרים מהם בנוי הקיר או התקרה.

זרימה (הסעה)- מעבר החום דרך האוויר, כאשר שכבת האוויר הקרה עולה כלפי מעלה בעת שהיא מתחממת. אם התקרה מבודדת היטב חלק גדול מהחום יישאר בחלל החדר.

קרינה- תנור סלילים חשמלי, לדוגמא, מעביר חום בדרך של קרינה. דוגמא נוספת: גג הצבוע לבן יהדוף את קרינת השמש וימנע התחממות התקרה.

מוליכות תרמית סגולית: יכולת הבידוד של חומר מסוים, נמדדת בעזרת נתון פיזיקלי הנקרא "מוליכות תרמית סגולית". המוליכות מבטאת את מידת יכולתו של חומר להעביר חום דרכו. ככל שערך המוליכות התרמית קטן יותר החומר מבודד טוב יותר.

המוליכות התרמית הסגולית תלויה בצפיפות החומר, שהוא פועל יוצא מגודלן, צורתן וחלוקתן של הנקבוביות הנמצאות בתוכו. חשובות גם התכונות הפיזיקליות של החומר עצמו, וכושר עמידותו בפני רטיבות. חומר מבודד טוב במצב יבש, ואילו במצב רטוב, קטן כושר הבידוד שלו.

חומרי בנייה קלים ונקבוביים- מוליכותם התרמית קטנה וכושרם לבודד טוב. לעומתם, חומרי בנייה כבדים וצפופים, כמו בטון, מוליכותם התרמית גדולה, וכושרם בידודם התרמי גרוע.

בטבלה דלהלן מצוינים ערכי המוליכות התרמית הסגולית של חומרי הבנייה למיניהם:

החומר                                   מוליכות תרמית סגולית (ואט למטר קלווין)

בטון רגיל (צמנט עם אגרגט רגיל) ........................2.10
אבן חול, אבן גיר................................................ 2.30
טיח סיד צמנטי (טיח פנים).................................. 0.87
טיח צמנטי (טיח חוץ).......................................... 1.40
בטון קל נקבובי (איטונג).............................. 0.22-0.14
זכוכית ..............................................................0.80
אלומיניום....................................................... 200.00
עץ לבן (ברוש, אורן, אשוח).................................. 0.13
לוחות גבס ........................................................0.21
לבידים (דיקט וסנדוויץ) ....................................... 0.15
טיח תרמי ................................................0.16-0.085
לוחות פוליסטרין מוקצף (קל-קר)........................... 0.04
לוחות פוליאוריתן מוקצף .....................................0.027
צמר סלעים וצמר זכוכית ......................................0.05

התנגדות תרמית: לצורך קביעת היכולת התרמית של שכבת החומרים מהם בנויה המעטפת החיצונית של הבניין (קירות, גגות וכד'), משתמשים בערך פיזיקלי - "התנגדות תרמית". ערך זה מבטא יכולתה של שכבת החומר לעכב מעבר החום דרכה. ככל שההתנגדות התרמית גדולה יותר, תהא שכבת החומר בעלת כושר בידוד טוב יותר. ההתנגדות התרמית גדלה,ביחס ישר לעובי שכבת החומר, והיא פוחתת ככל שהמוליכות התרמית הסגולית גדלה.

על מנת להגדיל את ההתנגדות התרמית של קיר ולשפר כושרו הבידודי, יש להגדיל את עובי הקיר או להקטין את ערך המוליכות, משמע - להשתמש בחומרים מבודדים שמוליכותם הסגולית קטנה ביותר. לדוגמא: ההתנגדות התרמית של קיר בטון, בעובי 20 ס"מ, שוות ערך להתנגדותה של שכבת "קל קר" בעובי של כ 4 מ"מ בלבד. ללוח "קל-קר בעובי 2 ס"מ, התנגדות תרמית שווה לזו של קיר בטון בעובי 1.0מ'.

חומרי הבידוד מצטיינים בכך, שלמרות עוביים הקטן יחסית (סנטימטרים אחדים) התנגדותם למעבר חום גדולה. אחוז חללי האוויר הכלואים בחומר מבודד עשוי להגיע ל % 95 מנפחו, והם מקנים לחומר משקל סגולי נמוך.
את החומרים המבודדים ניתן לסווג לשתי קבוצות עיקריות:

חומרים פולימריים או מינרליים- לקבוצה זו שייכים, הפוליסטרין המוקצף ("קל-קר"), וצמר הסלעים. המוליכות התרמית הסגולית של חומרים בקבוצה זו, נמצאת בגבולות שבין 0.05-0.03 והשימוש בהם, מאפשר להגיע להתנגדות תרמית גבוהה - בעובי מזערי של 2-3 ס"מ בלבד. חומרי הבידוד בקבוצה זו מועדפים במיוחד, כאשר רוצים לשפר את הבידוד התרמי באופן משמעותי, מבלי להוסיף עובי גדול לרכיבים הקיימים במעטפת הבניין.

חומרים על בסיס צמנט או סיד- בקבוצה זו נכללים טיח תרמי, בטון מוקצף (בטקל) ופלטות איטונג. המוליכות התרמית הסגולית של חומרים אלה נעה בגבולות 0.3-0.1; כלומר, כדי להגיע לתוצאות בידוד שוות לאלו שבקבוצה הראשונה, נדרש עובי גדול יותר מכך, השימוש בחומרים מקבוצה זו נעשה במקומות בהם אין צורך ברמת בידוד גבוהה וכאשר ניתן להוסיף עובי לרכיבים הקיימים.

חומרי הבידוד המיישמים בארץ נמנים על שתי קבוצות עיקריות:

לוחות פוליסטרין מוקצף- "קל-קר". מדובר בחומרים העשוים מבועות פוליסטרין הדחוסות ומנופחות פי 40 מהרגיל. בעזרת תהליך הקצפה מתקבלים לוחות בצפיפויות שונות. ככל שגדלה הצפיפות, קטנה חדירותו של החומר למעבר מים. מאחר והחומר אינו חזק מבחינה מכנית, ורגיש לקרינת השמש אין להשתמש בו כציפוי חוץ, ללא הגנה נוספת. חומר ה"קלקר" נוח לשימוש, קל לניסור, לחיתוך ולמסמור. מוליכותו התרמית נמוכה והוא מחזיק מעמד בטמפרטורה של עד 80 מעלות.

החומר משווק בצורת לוחות וגם בתפזורת. בבועות פוליסטרין פזורות ניתן להשתמש למילוי חללים בקירות כפולים. צבעו לבן ובצורתו הרגילה הוא חומר דליק ופולט גזים רעילים. משווק גם סוג מיוחד ה"כבה מעצמו", שאינו ממשיך בבעירה אם נפסק מקור האש. העובי המקובל לשימוש בלוחות: 2-5 ס"מ.

פוליאוריתן מוקצף- דומה בתכונותיו לפוליסטרין ומשווק בארץ בשתי צורות: לוחות כמו ה"קל-קר". וחומר הניתן להתזה על משטח קיר או גג. צבעו של החומר צהוב כתום והוא אטום למים החומר יציב ועמיד בטמפרטורה שבין 40 מעלות ועד 150 מעלות. לאחר ההתזה החומר תופח על פני המשטח ויוצר שכבת קצף. הקצף מתקשה ותוך דקות מתחזק כך שניתן אפילו לדרוך עליו.

התקשותו המהירה של החומר מאפשרת התזתו ללא קושי על פני שטחים אנכיים וגם על התקרה. הדבקות החומר מצוינת על פני כל משטח, כמו מתכת, בטון, עץ ואספלט. אין צורך בהכנות מוקדמות מלבד ניקוי המשטח. בשיטת ההתזה נוצר משטח רצוף ללא תפרים, ניתן להגיע לכל מקום ולהימנע מ"גשרי קור" ומהפסד חום.

העובי המקובל לשימוש הוא 2-3 ס"מ. החומר אינו עמיד בפני קרינת השמש ולכן, כאשר משתמשים בו באופן חיצוני (קירות/גגות), יש לצפותו בשכבה מגינה. זהירות! זהו חומר דליק הפולט גזים רעילים בשעת שריפה.

צמר סלעים- חומר מינרלי המיוצר מסלעי בזלת גרוסים, העוברים תהליך חיתוך ועיבוד לסיבים דקים מאוד. החומר אינו דליק, לא פולט גזים ואינו נתקף עי' חרקים ובקטריות. חסרונו של החומר בכך שהוא עלול לאבד את תכונות הבידוד עקב ספיגת רטיבות.

החומר משווק במזרנים עטופים בפוליאתילן, יריעות פי.וי.סי, או אלומיניום, שנועדים לבידוד גגות רעפים באמצעות הוספת דבק בלתי דליק. ניתן לקבל לוחות קשיחים וקשיחים למחצה - במשקל מרחבי נמוך ביותר. עטיפת החומר בפוליאתילן או נייר אלומיניום, יוצרת מחסום אדים. לבידוד קירות, יש להעדיף את הסוג הקשיח, המונע שקיעת החומר במרוצת הזמן. העובי המומלץ 5-2.5 ס"מ.

צמר זכוכית- דומה בתכונותיו ובשימושיו לצמר סלעים.

טיח תרמי- מורכב ממלט צמנטי כחומר בסיס, בתוספת כדורי פוליסטרין מוקצף או אגרגטים קלים אחרים, המקנים לו נקבוביות גבוהה. חללי אויר רבים מקטינים במידה ניכרת את המוליכות התרמית של התערובת. עקב חוזקו המכני הנמוך וכושר ספיגתו הגבוה למים, החומר דורש הגנה חיצונית.

הטיח התרמי משווק באריזות (שקים) סגורות עם הוראות שימוש מטעם היצרן. החומר משווק כמערכת שלמה של טיח, הכוללת בתוכה שכבת יסוד על גבי התשתית הקיימת, שכבת טיח תרמי בעובי דרוש, ושכבת גימור חזקה. העובי הכולל המקובל לשימוש 3-5 ס"מ.

איטונג- תערובת דלילה של סיד, חול ואבקת אלומיניום. התגובה הכימית בין הסיד לבין אבקת האלומיניום גורמת להיווצרות בועות גז, כך שהתערובת הנוצרת היא נקבובית. האיטונג משווק בצורת בלוקים ופלטות בחוזק מכני סביר. האיטונג בעל ספיגות מים גבוהה מאד ומכאן שדרושה לו שכבת הגנה אוטמת, במיוחד כשהוא מיושם בקירות חיצוניים.

תקן ישראלי 1045 מגדיר את הדרישות המינימליות לבידוד תרמי של רכיבי המעטפת החיצונית בבניין, במטרה להבטיח נוחות תרמית, תוך צמצום סכנת העיבוי והגדלת החסכון באנרגיה.

דרישות התקן מותאמות לאזורי אקלים שונים, כאשר התקן מחלק את הארץ לארבעה אזורים: אזור א' - מישור החוף.
אזור ב' - השפלה והנגב הצפוני.
אזור ג' - ההר.
אזור ד' - בקעת הירדן והערבה.

התקן מחמיר בהדרגה בדרישותיו לבידוד תרמי מאזור א' לאזור ד'. תקן ישראלי 1045 פורסם לראשונה בשנת 1979 מתוך מגמה לחסוך בהוצאות שימוש באנרגיה. מדי מספר שנים נערכת רוויזיה בתקן, והדרישות התרמיות משתכללות.

יש להתאים את שיטת הבידוד לאופי הקיר. בקיר העשוי בטון, או בלוקים האפשרויות המומלצות לשיפור הבידוד התרמי:

הוספת טיח תרמי חיצוני בעובי ממוצע של 3-5 ס"מ כולל ציפוי אטים כנגד חדירת מים.
הוספת טיח תרמי פנימי בעובי ממוצע של 4-3 ס"מ, בתוספת שכבת גמר "שליכט" וצביעה בסיד סינטטי עם ערב נגד עובש.
הוספת שכבת בידוד חיצונית, כגון פוליאוריטן מוקצף או "קל קר", בעובי 2-4 ס"מ וציפוי עמיד.
הוספת שכבת בידוד פנימית עשוייה "קל קר" או צמר סלעים בעובי 3-2.5 ס"מ, עם ציפוי לוחות גבס משוריין וגמר בסיד סינטטי עם ערב נגד עובש.

קיר העשוי מבלוקי איטונג בעובי 22 ס"מ, בנויים, עם שלד קונסטרוקציה מבטון מזויין, וטיח משני הצדדים בעובי ממוצע של כל 2 ס"מ מכל צד:
שיטת בנייה זו מתאימה מבחינה תרמית לרוב אזורי הארץ אך יש להוסיף בכל האזורים בידוד במקומות בהם נוצרים "גשרי קור" - עמודים, קורות וחגורות מבטון מזויין. ניתן לבצע זאת בעזרת אלמנטי איטונג יעודיים.

קיר כפול - (בניה ירושלמית) העשוי אבן, בנוי עם גב בטון, בעובי כולל של 35-28 ס"מ עם חלל בידוד פנימי בעובי 3 ס"מ; בלוקי בטון בעובי 5-4 ס"מ וטיח פנים רגיל בעובי 2 ס"מ בממוצע: ניתן להוסיף גם שכבת בידוד פנימית עשוייה "קל קר", פוליאוריתן וכד', בעובי 3-2.5 ס"מ, עם ציפוי לוחות גבס משוריין וגמר בסיד סינתטי עם ערב נגד עובש. קיר כזה יתאים לרוב אזורי הארץ.

האם יישום הבידוד יתבצע בצד הפנימי או החיצוני? קיימים יתרונות וחסרונות לכל שיטה, להלן:

טיפול בצד הפנימי של הקיר: שיפור הבידוד נעשה באמצעות הוספת שכבת חומר מבודד בצד הפנימי של המעטפת. עובי השכבה וטיב החומר נקבעים לפי דרגת הבידוד הרצויה. היות ומרבית חומרי הבידוד שבשימוש מתאפיינים ברכות מסוימת ונעדרים חוזק מכני, יש לצפותם בשכבה מגינה. כלפי פנים הדירה שכבת הגמר של הקיר אמורה להיות משטח "סופג" כדי למנוע חדירת אדים או היוצרות עיבוי בתוך הקיר לצורך כך יש להתקין מחסום אדים. מחסומי האדים עשויים מנייר אלומיניום או מיריעות פוליאתילן (ניילון), ומותקנים בצד הפנימי של הקיר שהוא כיוון חדירתם של אדי המים.

הטיפול בצד החיצוני של הקיר: יתרונות בידוד המעטפת מצידה החיצוני ברורים- שיפור הבידוד התרמי מאפשר גם בו זמנית שיפוץ כללי של חזית המבנה, נמנעת כך הווצרותם של "גשרים תרמיים", אין הפרעה לדיירים בזמן השיפוץ, ואין צמצום של החללים הפנימיים.
החסרונות: הטיפול בצד החיצוני של הקיר כרוך בקבלת הסכמת כל הדיירים, במקרה של בית משותף. כמו כן, נגרמות הוצאות נוספות בגין הקמת פיגומים חיצוניים, והצורך בשימוש בחומרי גמר עמידים בפני רטיבות וקרינת השמש. בעוד הטיפול בצד הפנימי ניתן להיעשות בשיטת "עשה זאת בעצמך", הרי הטיפול בקיר חיצוני דורש ידע ויכולת ביצוע של קבלן מומחה, כאשר לרשותו עומד גם הציוד המתאים.