نحوه انتخاب مناسب ترین عایق حرارتی برای ساختمان

امروزه انتخاب عایق برای کاربردهای گوناگون اعم از پشم شیشه و پشم سنگ براساس روش های مختلفی انجام می پذیرد و در فعالیت های صنعتی امری بسیار مهم و ضروری به نظر می رسد.

اگر انتخاب مواد براساس روش های علمی و با دقت انجام شود می تواند ضررها را به حداقل ممکن برساند.

به عنوان مثال استفاده نادرست از مصالح ساختمانی و یا استفاده نکردن از عایق های حرارتی مناسب در ساختمان ها باعث اتلاف مقدار زیادی انرژی و سوخت می شود.

عایق های حرارتی الیافی مانند پشم شیشه، پشم سنگ و سرباره از مقدار کمی ماده جامد با مقاومت حرارتی زیاد تشکیل می شود.

ماده جامد به صورتی توزیع شده است که تعداد زیادی فضای خالی کوچک ایجاد کند. جامدها دارای مقاومت کمتری نسبت به گازها هستند.

به این دلیل سعی می شود تا حد امکان از مواد جامد کمتری استفاده شود.

با این حال اگرچه گازها مقاومت زیادی دارند، اما وقتی به تنهایی استفاده شوند، عایق های حرارتی ضعیفی هستند چون به سادگی جابجا می شوند و حرارت را منتقل می سازند.

امروزه در حدود 60 درصد هزینه های مصرفی، مربوط به مصرف سوخت می باشد که می توان با استفاده از عایق های حرارتی آن را به حدود نصف این مقدار رساند.

عایق کاری به ما کمک می کند که مصرف بهینه تری از سوخت داشته باشیم.

انتخاب مناسب عایق های حرارتی در ساختمان و در نتیجه به کار رفتن تأسیسات کوچک تر حرارتی و استفاده کمتر از سوخت های فسیلی و گازها، گامی بزرگ در تمیز نگه داشتن محیط زیست خواهد بود.

هم اکنون که ارزش سوخت کاملا (مشخص گردیده و این ماده حیاتی به عنوان یکی از سرمایه های اصلی هر کشور محسوب می شود، بهینه سازی مصرف آن بایستی به طور جدی در اولویت قرار گرفته تا علاوه بر جلوگیری از مصرف بی رویه سوخت، هزینه های این قسمت را کاهش داد.

بنابراین انتخاب مناسب ترین عایق حرارتی ساختمان از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در انتخاب بهترین عایق مناسب برای ساختمان بسته به کاربرد مورد نظر در ابتدا تمام مواد موجود مهندسی را در نظر گرفته و سپس با اعمال محدودیت های دامنه عایق های قابل استفاده کاهش یافته تا نهایتا به بهترین عایق مورد نظر برای ساختمان از میان عایق هایی از جمله پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره دست یابیم.

انتخاب عایق براساس شرایط محلی:
نخستین مرحله انتخاب عایق مناسب برای ساختمان از بین موادی که در حال رقابت هستند بستگی به شرایط محلی دارد. به طور مثال در دسترس بودن ماده می تواند معیار نهایی باشد.

در هر صورت انتخاب مراحل قبلی به صورت سیستماتیک می باشد ولی در مرحله نهایی بستگی به فرد تصمیم گیرنده با توجه به شرایط موجود دارد.

انتخاب عایق براساس محاسبه اندیس مواد:
اندیس یک عایق ترکیبی از خواص مختلف ماده است که نشان دهنده رفتار آن برای استفاده در یک کاربرد و سازه خاص می باشد.

معیار تعیین این اندیس شامل سه تابع می باشد. تابع نخست شامل کارهایی می باشد که سازه قرار است انجام دهد. این کارها عبارتند از حمل نیرو، انتقال حرارت، ذخیره انرژی و ….

تابع دوم مربوط به پارامترهای هندسی و شکل سازه می باشد و تابع سوم نیز خواص مواد را در بر می گیرد. در مرحله انتخاب عایق مناسب بایستی به پارامترهای ذکر شده توجه گردد.

به عنوان مثال اگر دمای محیط مورد نظر 250 درجه سانتی گراد باشد، موادی که دامنه کاربرد آن ها زیر این دما می باشد به طور خودکار حذف می گردند.

انتخاب عایق براساس اطلاعات کمکی:
برای ادامه کار و تعیین بهترین عایق به اطلاعات بیشتری از مواد احتیاج داریم که با اطلاعات مراحل قبل کاملا متفاوتند.

در این مرحله از اطلاعاتی که عموما به صورت منحنی و یا توضیحات کامل توسط سازنده ماده تهیه گردیده استفاده می شود.

انتخاب عایق حرارتی براساس نمودار ضریب انتقال حرارت و ضریب نفوذپذیری حرارتی:
در این مرحله می خواهیم موادی را به عنوان عایق حرارتی در دیوارها انتخاب کنیم تا کمترین میزان انرژی مصرفی را داشته باشیم.

با توجه به جدول زیر می توانیم مدلی را برای این منظور طراحی کنیم:

خواص عایق حرارتی:
با توجه به موارد بالا، اگر دمای درون ساختمان (Ti)، دمای متوسط محیط بیرون (To) و ضریب انتقال حرارت (λ) باشد، میزان حرارت از دسته رفته در واحد سطح و در زمان t مقدار زیر خواهد بود.

فرمول عایق حرارتی:
که در این رابطه w ضخامت لایه مورد نظر است.

Q1 مقدار حرارتی است که در اثر اختلاف دمای داخل و بیرون ساختمان از دیوار عبور کرده و به هدر می رود. اما مقداری حرارت نیز صرف بالا بردن دمای لایه و رسیدن به دمای اتاق می شود که اگر گرمای ویژه لایه عایق را cp فرض کنیم، خواهیم داشت.

که در این رابطه w ضخامت لایه مورد نظر است.

Q1 مقدار حرارتی است که در اثر اختلاف دمای داخل و بیرون ساختمان از دیوار عبور کرده و به هدر می رود. اما مقداری حرارت نیز صرف بالا بردن دمای لایه و رسیدن به دمای اتاق می شود که اگر گرمای ویژه لایه عایق را cp فرض کنیم، خواهیم داشت.

در این جا دانسیته ماده عایق می باشد.

در نتیجه مقدار کل حرارت به هدر رفته از لایه عایق برابر است با:

فرمول عایق حرارتی:
اگر ضخامت لایه عایق خیلی کم باشد مقدار Q1 افزایش می یابد و اگر ضخامت آن بیش از حد زیاد باشد Q2 افزایش پیدا می کند که در هر دو حالت میزان هدر رفته افزایش می یابد.

انتخاب عایق براساس قیمت:
قیمت مواد عایق انتخاب شده برای این منظور بسیار با اهمیت است و نقش اساسی در اقتصادی بودن طرح دارد.

در این مرحله باید موادی را انتخاب کنیم که علاوه بر کاهش دادن حرارت به هدر رفته و میزان سوخت مصرفی، هزینه تمام شده عایق کاری نیز کاهش یابد.

برای مثال قیمت پشم شیشه با قیمت پشم سنگ براساس کاربرد آن ها متفاوت می باشد.

در این رابطه دانسیته ماده Wmax حداکثر ضخامت لایه عایق، cm قیمت عایق به ازای هر کیلوگرم از آن و c قیمت کل تمام شده است.

برای کاربردهای با عمر زیاد نظیر عایق های حرارتی در ساختمان بهترین عایق، عایقی است که کمترین میزان انتقال حرارت را داشته باشد.