عایق کاری حرارتی

انرژی حرارتی چیست؟

یک سیستم ترمودینامیکی می­تواند انرژی­های متنوعی را در خود داشته باشد. انرژی حرارتی بخشی از انرژی داخلی کل یک سیستم ترمودینامیکی است که با دمای سیستم خود را نشان می­دهد. وقتی انرژی حرارتی، به هر روش یا مکانیزم ممکن، منتقل می­شود اصطلاحا به آن انتقال حرارت می گویند. انتقال حرارت عبارت است از تبادل انرژی حرارتی درون یک سیستم و یا سیستم­های فیزیکی مختلف که با هم اختلاف دما دارند.

سه مکانیزم انتقال حرارت عبارتند از :

-هدایت (Conduction)

-همرفت (Convection)

-تابش (Radiation)

هر سه مکانیزم انتقال حرارت ممکن است همزمان در سیستم اتفاق بیافتند. لازم به ذکر است که روش چهارمی نیز برای انتقال حرارت وجود دارد که عبارت است از انتقال جرم. مثلا اگر جسم گرم از جایی به جای دیگر منتقل شود، طبیعتا انرژی حرارتی آن نیز به همراهش منتقل می­شود. این مکتنیزم انتقال حرارت در مباحث عایق و عایق کاری، کاربردی نداشته و به آن نیز پرداخته نمی شود. همچنین در مکانیزم­های تبدیل انرژی نیز ممکن است انرژی حرارتی به دست آید ولی در علوم ترمودینامیک، به طور جداگانه بررسی شده و در انتقال حرارت دنبال نمی­شود. علت انتقال حرارت درون یک سیستم یا بین سیستم­های مختلف، اختلاف دما و یا به عبارتی اختلاف در سطح انرژی حرارتی است. همواره حرارت از سطح انرژی بالاتر (دمای بالاتر) به سطح انرژی پایین تر (دمای پایین­تر) جریان می­یابد تا به تعادل حرارتی برسند (قانون دوم ترمودینامیک).

عایق چیست؟

عایق عبارت است از ماده ای که نرخ انتقال جریان ماده یا انرژی را بین دو فضا کاهش داده یا آن را کامل مسدود می­کند. مثلا عایق­های حرارتی نرخ انتقال حرارت (انرژی گرمایی) را به میزان چشمگیری کاهش می­دهند. عمده ترین عایق­های حرارتی، صوتی، ضد آتش و رطوبتی هستند.

هدایت چیست؟

عبارت است از انتقال حرارت از طریق تماس اجرام مختلف که با هم اختلاف دمایی دارند. هدایت بین هر دو سطحی که اختلاف دمایی داشته و به صورت فیزیکی با هم در تماس باشند، اتفاق می افتد. نرخ انتقال حرارت به صورت هدایت، بستگی به جنس مواد و ضریب انتقال حرارت آن­ها و اختلاف دمای بین دو سطح دارد.

همرفت یا جا به جایی چیست؟

همرفت عبارت است از انتقال حرارت از طریق یک سیال مانند هوای پیرامون اجسام گرم و همچنین مایعات. هوا به عنوان اصلی ترین منبع انتقال حرارت به طریق همرفت شناخته می­شود. در همرفت همواره هوای گرم به سمت هوای سرد جریان می یابد.

ضریب هدایت گرمایی- ضریب انتقال حرارت:

ضریب هدایت گرمایی خاصیتی از ماده بوده و عبارت است از مقدار انرژی گرمایی که ماده می­تواند در واحد سطح، در واحد ضخامت و در واحد زمان و در واحد مشخصی از خود عبور دهد. هر چه ضریب هدایت گرمایی کمتر باشد، نشان می­دهد که ماده قابلیت انتقال انرژی گرمایی کمتری داشته و بیشتر برای عایق بندی مناسب است. واحد ضریب انتقال حرارت در سیستم متریک وات بر متر درجه کلوین و در سیستم اینچی (واحد گرمای بریتیش بر ساعت فوت درجه فارنهایت) می­باشد. ضریب انتقال حرارت را با k نشان می­دهند.

ضریب انتقال حرارت عایق­های مختلف، بستگی به اختلاف درجه حرارت بین سطوح عایق، چگالی و عمر عایق دارد. معمولا هر چه درجه حرارت بالاتر رود، ضریب انتقال حرارت عایق­ها نیز افزایش یافته و عملکرد عایق کاهش می­یابد. همچنین، با کاهش چگالی و افزایش عمر، ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد.

معنی فاکتور R، K و C چیست؟

فاکتور k (فاکتور رسانایی ویژه گرمایی) – مقدار گرما به Btu (واحد سنجش حرارت انگلیس)  که از یک فوت مربع از یک ماده به ضخامت یک اینچ، در یک ساعت، با یک درجه فارنهایت اختلاف دما می­گذرد. هر چه مقدار K کمتر باشد ارزش عایقی بیشتر است. تعریف کتابی: سرعت زمان عبور جریان ثابت گرما از بین یک واحد محیطی یک ماده یکنواخت به واسطه شیب دمایی در جهت عمود به آن واحد محیطی. مصالح عایق معمولا فاکتور K کمتر از یک دارند. برای تعیین دمای میانگین دمای هر دو سطح عایق را اندازه گیری کنید، به هم اضافه کنید و به دو تقسیم کنید. هنگام مقایسه ارزش عایقی انواع مختلف عایق­ها، توجه به فاکتور K و دمای میانگین اهمیت دارد به محض افزایش دمای میانگین، فاکتور K نیز افزایش می­یابد.

فاکتور C –(فاکتور رسانایی گرمایی)، مقدار گرما به Btu، است که از فوت مکعب ماده با یک درجه فارنهایت اختلاف دما با ضخامت مشخص، می­گذرد. فاکتور C، همان فاکتور K تقسیم بر ضخامت عایق است. این فرمول، معکوس فرمول فاکتور R است. هر چه مقدار C کمتر باشد، عایق بهتری است.

فاکتور R (فاکتور مقاومت گرمایی)، استاندارد عایق بندی ملی تجاری و عایق بندی صنعتی فاکتور R را اینگونه تعریف می­کند. "R" معکوس عددی “C” است. مقاومت گرمایی کمیت مقاومت گرمایی را نشان می­دهد. هر چه R بیشتر باشد، عایق مرغوب تر است. فاکتور R معیاری برای کند کردن میزان انتقال گرما می­باشد.

پل حرارتی چیست ؟ 

وقتی جداره یا دیواری به خوبی عایق نشده باشد، ممکن است بین محیطی که دما در آن کنترل می­شود و محیط باز مانند فضای داخلی ساختمان و فضای بیرون از ساختمان، اتصال حرارتی برقرار شود. این اتصال می­تواند محل نفوذ و نشت حرارت از درون ساختمان به بیرون باشد. به چنین پدیده ای پل حرارتی می­گویند. پل حرارتی وقتی پدیدار می­شود که مواد به خوبی عایق نشده باشند و به این ترتیب حرارت اجازه می­یابد که از محلی که کمترین ضریب مقاومت حرارتی را دارد، انتقال پیدا کند. پل­های حرارتی بیشتر در محل اتصالات و یا قسمت های فلزی ساختمان و همچنین جاهایی که به خوبی عایق کاری نشده باشند و یا کیفیت مواد عایق پایین باشد، پدیدار می­شوند. عایق کاری اطراف پل حرارتی هر چقدر هم عایق کاری به خوبی انجام شده باشد، تاثیری در کاهش اتلاف حرارت نخواهد داشت چرا که حرارت با از طریق پل حرارتی راه خود را به محیط باز پیدا خواهد کرد. بهترین روش، از بین بردن کامل پل حرارتی است. این کار را می توان با تغییرات ساختاری سازه و یا نصب لایه های عایق بین اتصالات و مقاطعی که ضریب انتقال حرارت بالا دارند، انجام داد. از شناخته شده ترین پل­های حرارتی می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

-بالکن­های بتونی که ادامه کف طبقه به بیرون از ساختمان هستند، به طوری که در بالا و پایین آن­ها پنجره­های سرتاسری نصب می­شوند، از معروف ترین پل­های حرارتی در ساختمان­ها به شمار میروند.

-در سوله ها و سازه های تجاری، تعضا و قطعات فولادی که مستقیما با فضای داخلی در ارتباط هستند، گاهی به عنوان پل حرارتی عمل می­کنند.

- پل­های حرارتی هندسی همچون محل اتصالات صفحات عمود بر هم.

- اتصالات فلزی بین شیشه­ها و دیوارهای دو جداره، خود می­توانند به عنوان پل حرارتی عمل کنند. پل­های حرارتی در همه ساختمان­ها یافت می­شوند. از بین بردن کامل همه پل­های حرارتی در ساختمان، دشوار است. از طرفی مقدار اتلاف حرارت از طریق پل­های حرارتی نیز مقدار قابل توجهی نیست. معمولا در ساختمان­هایی که عایق نشده باشند، تنها 5 درصد اتلاف حرارت از طریق پل حرارتی خواهد بود و 95 درصد اتلاف حرارت از طریق سطوح داخلی ساختمان و سیستم تهویه انجام می­شود.

اما در ساختمان­هایی که به خوبی عایق شده باشند، مقدار اتلاف انرژی از طریق پل حرارتی به 30 درصد نیز می رسد، بهترین روش برای کاستن از اتلاف انرژی از طریق پل حرارتی در ساختمان­های مسکونی، عایق کاری بسیار خوب کف هر طبقه است.

تفاوت بین دمای میانگین و دمای محیط چیست؟

دما یک خاصیت مستقل است. دما، اندازه گیری میزان حرارت موجود نیست برای مثال، اگر دو فنجان قهوه بریزی، یکی تا لبه و دیگری نصفه، "دما" در هر دو فنجان یکی خواهد بود ولی فنجان نیمه پر فقط نصف گرمای فنجان پر را خواهد داشت

"دمای متوسط" میانگین مجموع دمای یک سطح گرم و یک سطح سرد می­باشد. تمام فاکتور­های انتقال حرارتی (C  و K و R ) باید در دمای میانگین در نظر گرفته شوند. "دمای محیط"، میانگین دمای محیط، معمولا هوا اطراف اطراف جسم مورد نظر میباشد.

عایق­های پشم سنگ- پشم­های معدنی

پشم سنگ چیست؟

پشم سنگ در زبان بین الملل Rock wool نامیده می­شود و جزو خانواده عایق­های حرارتی معدنی می­باشد که متشکل از الیاف بسیار ظریف به ضخامت 20 میکرون و طول 5 تا 70 میلیمتر است. ماده اصلی برای تولید این عایق حرارتی سنگ آتش فشانی بازالت از خانواده سنگ­های آذرین دولومیت می­باشد که در ایران به وفور یافت می­شود.

پشم سنگ یا پشم معدنی، ماده­ای غیر اورگانیک و غیر فلزی بوده که از فیبر­های بسیار نازک سنگ­های آتش فشانی مانند بازالت و دولومیت به همراه مقداری سرباره کوره­های آهن، ساخته می­شود. به این ترتیب، 97 درصد از محصول نهایی را تشکیل می­دهد. مقدار 2 تا 3 درصد از ترکیب را مواد اورگانیک، شامل رزین ترموست ( به عنوان نگهدارنده و چسب) و مقدار کمی روغن تشکیل می­دهند. سنگ در دمای 1600 درجه سانتیگراد ذوب شده و برروی غلتک­هایی که می­چرخد، ریخته می­شود. در این حالت سنگ مذاب به الیاف بسیار نازک به ضخامت 6 الی 20 میکرومتر تبدیل می­شود. به این ترتیب است که پشم سنگ از دسته عایق­های الیافی و فیبری محسوب می­شود و خواص عایق حرارتی، صوتی و ضد آتش بسیار خوبی از خود نشان می­دهد.

خصوصیات بارز این عایق عبارتند از :

• مقاومت حرارتی در دمای بسیار بالا ( تا 800 درجه سانتی گراد)

• ثابت بودن ابعاد در کران­های بالایی و پایینی دما
• وزن مخصوص بسیار پایین
• جاذب بسیار خوب صوت
• غیر سمی بودن و سازگاری با محیط زیست

عایق­های پشم معدنی نزدیک به 44 درصد کل عایق­های به کار رفته در صنایع مختلف و ساختمان­ها را شامل می شوند. کاربرد عایق های پشم سنگ شامل صنعت ساخت و ساز، صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی، صنایعی که در آنها درجه حرارت بسیار بالایی وجود دارد، کوره­ها و اجاق­ها، کانال­های هوای گرم، خطوط لوله گاز­های شیمیایی و دودکش­ها، مخازن روغن، دیگ­های بخار و پاتیل و مذاب و زمینه­های متنوع دیگر می­شود. ضریب مقاومت حرارتی پشم سنگ تا 8 برابر بیشتر از بتون غیر مسطح است. همچنین هزینه پشم سنگ از بسیاری از عایق­های پلیمری یا اورگانیک کمتر بوده و در دسترس ترین عایق برای صنایع داخلی محسوب می­شود.