عایق حرارتی

عایق‌های حرارتی در بدنه هواپیمای بوینگ
در تاسیسات گرمایی، برای کم کردن تلفات حرارتی سطوح مختلف ساختمان، لوله‌ها، کانال‌ها و مخازن و جلوگیری از نفوذ رطوبت و انتقال صدا، از مواد و مصالحی به نام «عایق» استفاده می‌شود
عایق‌های حرارتی مصالحی هستند که برای جلوگیری از انتقال حرارت استفاده می‌شوند و عایقها دو گروه اصلی دارند که روش کار آن‌ها کاملا متفاوت است:
عایق‌هایی که در ساختار آن‌ها حبابهای هوا وجود دارد و باعث کاهش هدایت حرارت می‌شوند.
عایق‌هایی که حرارت را بازمی تابانند. پشت این عایقها باید حدود ۲۰ میلی‌متر فاصله هوایی تعبیه شود.
با پیشرفت تکنولوژی و لزوم احداث ساختمان‌های سبک‌تر لازم شد که ضخامت جداره‌ها به حداقل کاهش یابد؛ در پی آن مسئله گریز حرارت از پوسته خارجی بنا مطرح شد؛ بنابراین به منظور کاهش هزینه ایجاد گرما و سرما، با قرار دادن عایق حرارتی در پوسته ساختمان‌ها ضریب هدایت حرارتی مجموعه را به میزان قابل توجهی کاهش داده‌اند. اصولا حرارت به سه طریق انتقال می‌یابد:تابش، همرفت هدایت.
در دو طریق اول یک محیط گازی یا خلا برای انتقال گرما لازم است؛ ولی روش سوم انتقال در اثر تماس اجسام با یکدیگر صورت می‌گیرد. انتقال حرارت از جداره‌های خارجی ساختمان به شکل هدایت حرارت، مهمترین عامل اتلاف یا کسب حرارت در ساختمان‌های معمولی است.
انواع عایق‌های حرارتی
عایق‌های حرارتی انباشته به صورت آزاد:
عایقهای انباشته به صورت آزاد یا فله به دو صورت رشته‌ها (یا تارها) و دانه‌های سبک وجود دارند. رشته‌ها شامل پشم سنگ، پشم شیشه، پشم سرباره یا الیاف گیاهی (که معمولا پشم چوب است) می‌باشند. دانه‌ها از مواد معدنی منبسط شده مانند پرلیت، ورمیکولیت، خاک رس و نظایر آن یا از مواد گیاهی مانند خرده‌های چوب پنبه تهیه می‌شوند
عایق هدایتی حرارت:
عایق هدایتی حرارت، عایقی است که از انتقال حرارت به روش هدایت، جلوگیری می‌کند.
صورت‌های مختلف عایق‌های حرارتی
مصالح عایق حرارتی عموما از مواد مرکب ساخته می‌شوند.
عایق‌های انباشتنی:این عایق به دو صورت الیافی یا دانه مرکب وجود دارد. الیاف شامل:پشم شیشه، پشم سنگ و…
دانه‌ها از مواد مصرفی منبسط شده مانند:پرلیت، پلی استایلین و… از این نوع عایق در داخل ملات‌ها به عنوان دانه بندی استفاده می‌شود.
عایق پتویی:این عایق از جنس پشم سنگ، پشم شیشه، پشم سرباره، پشم چوب و پشم حیوانات در ضخامت‌های متفاوت تا ۱۰۰ میلی‌متر و به عرض‌های مختلفی بریده می‌شوند. این نوع عایق‌ها برای عایق کاری مخازن و لوله‌ها استفاده می‌شود.
عایق‌های قطعه‌ای:ای نوع عایق از نظر مصالح مشابه عایق‌های پتویی هستند ولی طولشان کمتر. برخی از آن‌ها پوشش کاغذی دارند که در دو لبه به صورت نوار روی قطعات را می‌پوشانند وی نصب آن‌ها را در قاب آسان‌تر می‌کنند. این نوع عایق در بین دیوارها و پشت مصالح استفاده می‌شود.
دال‌های عایق:دال‌های عایق به صورت قطعات سخت ساخته می‌شوند و ابعاد آن‌ها تا حدودی از عایق‌های قطعه‌ای کوچکتر است. گاهی اوقات به صورت چند لایه ساخته می‌شوند.
عایق‌های منعکس‌کننده:معمولا از سطوح فلزی ساخته می‌شوند و ممکن است با پشت بند یا بدون آن به کار روند.
عایق‌های پاشیدنی:از اختلاط تارها یا سایر مصالح ریزدانه و متخلخل با انواع ماده تهیه می‌شوند. این مواد چسبنده به مناسبت کاربری آن انتخاب می‌شوندو در نقاطی از ساختمان که شکل یا وضع قرار گرفتن عناصر به ترتیبی است که استفاده از آن‌ها را طلب می‌کند، پاشیده می‌شود.
برای عایق نمودن اجزای فلزی در برابر آتش، عایق مناسب ضد آتش را به آن می‌پاشند.
عایق‌های کفی تزریقی در جا:از رزین‌های پلیمری ساخته می‌شوند این عایق‌ها از دو جز تشکیل شده‌اند که پس از اختلال کف تولید می‌کنند و پس از مدتی در جایی که فضای مورد نظر را پرکرده‌اند سخت می‌شوند.
عایق‌های ویژه:عایق‌های ویژه از انواع مصالح متخلخل و سبکند که برای مصارف به خصوصی طراحی و اجرا می‌شوند.
انواع مصالح عایق حرارتی متداول
تن سبک، دانه‌های سبک، کاغذ آلومینیوم، پنبه کوهی، چوب پنبه پرس شده، تخته‌های فیبری، الیاف معدنی، پشم سنگ، پشم شیشه، شیشه اسفنجی، پوکه معدنی، پرلیت، تخته‌های گچی سیک با روکش آلومینیومی و ساده، مواد پلاستیکی، ساقه‌های تو خالی و پشم چوب.
الیاف معدنی:این ماده از خرد کردن دانه بندی سنگ آتش فشانی دیر ذوب ساخته می‌شود. پشم معدنی از لحاظ ابعاد پایدار است و علاوه بر غیر نم گیر و بی‌بو بودن امکان رشد قارچ یا کپک را فراهم نمی‌سازد. در ضمن، این ماده اشتعال ناپذیر، عایق خوب حرارت و صوت است.
پشم شیشه:عبارت است از الیاف بسیار نازک تارهای شیشه که تقریبا به هم متصل‌اند. این الیاف را پس از سرد شدن با همدیگر دسته می‌کنند و روی کاغذ کرافت، سربی، قیری یا تور الیاف دار قرار می‌دهند. خصوصیات این مواد اشتغال ناپذیر و پایداری ابعاد، بی‌بویی و غیر نم‌گیری است.
پشم سنگ:متداول‌ترین و سالم‌ترین عایق حرارتی است و منشا آن سنگ‌های آذرین می‌باشد.
شیشه اسفنجی:این ماده با استفاده از شیشه خالص که تا بیست برابر حجم خود منبسط می‌گردد و به صورت صفحات صلب و اسفنجی عایق بندی تبدیل می‌شود. خصوصیات آب جذب نمی‌کند، غیر اشتغال است، در مقابل جانوران موذی مقاوم است و از نظر ابهاد پایدار و از مقاومت فشاری خوبی برخوردار است.
پرلیت:ااین کانی منشا آتش فشانی دارد و با کمی آب ترکیب شده‌است.
تخته‌های فیبری:این ماده اولین عایق حرارتی ساختمان است که از فشرده کردن پشم نمد و دیگر الیاف گیاهی به صورت تخته‌های صلب ساخته می‌شود.
تخته چوب پنبه فشرده:از فشرده کردن دانه‌های چوب پنبه توسط صمغ طبیعی آن در کنار هم تولید می‌شود.
پلاستیک‌ها
خواص مصالح عایق حرارتی
مواد و مصالح عایق حرارتی باید از نظر شکل ظاهری یک نواخت، بدون عیب و عاری از موادی باشد که مورد هجوم حشرات، قارچ‌ها و دیگر ارگانیزم‌ها قرار می‌گیرند.
انواع عایق‌های حرارتی از نظر جنس
پشم شیشه: این ماده با وزش بخار آب بر روی الیاف تهیه شده از شیشه مذاب تهیه می‌شود. جرم مخصوص آن بین ۸ تا ۱۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب و حداکثر درجه حرارت کار آن ۶۰۰ درجه سانتی گراد است.
پشم معدنی: عایق پشم معدنی با وزش بخار آب روی الیاف تهیه شده از سنگ آهک خاک رس دار گداخته یا سرباره ذوب آهن تهیه می‌شود. برای عایق کاری دمای پایین، پشم معدنی به وسیله یک ورقه کاغذ قیر اندود پوشیده می‌شود. برای دمای بالا، از پشم معدنی مجهز به ورق آلومنیمی یا توری گالوانیزه استفاده می‌شود.
پشم سنگ: این عایق از سنگ‌های طبیعی سیلیس دار ساخته می‌شود. پشم سنگ از عبور الیاف سنگ مذاب از میان بخار آب یا هوای گرم ساخته می‌شود. دمای حد کاربرد آن ۸۵۰ درجه سانتی گراد است. کاربرد پشم سنگ، مانند پشم معدنی است.
انواع عایق‌های حرارتی از نظر عملکرد
عایق همرفتی حرارت: عایق همرفتی حرارت، عایقی است که از انتقال حرارت به روش همرفتی از یک جدار به جدار دیگر جلوگیری می‌کند. اگر سطوح تبادل‌کننده حرارت ساختمان، مانند دیوارها، سقف، کف، در و شیشه پنجره‌ها را به صورت دو جداره بسازیم، از انتقال حررت توسط این جداره‌ها، به روش هدایت به میزان بسیار زیادی کاسته می‌شود، چون ملکول‌های این دو جدار یا در تماس با یک دیگر نیستند یا این که بسیار کم با هم در تماس هستند.
در مورد پنجره‌ها برای جلوگیری از نفوذ گرما باید از شیشه‌های دو جداره یا سه جداره استفاده کرد. در شیشه‌های دو جداره، در بین دو سطح شیشه، لایه هوایی وجود دارد. همچنین در شیشه‌های سه جداره، در وسط سه سطح، دو لایه هوایی وجود دارد. با وجود این که شیشه‌های دو لایه و سه لایه مانع خوبی بر سر راه عبور گرما به طریق هدایت هستند، ولی از نظر تشعشع و عبور اشعه آفتاب، مانعی محسوب نمی‌شوند.
عایق تشعشعی حرارت:
عایقی است که از جذب اشعه حرارتی به وسیله جسم جلوگیری کرده، آن را منعکس می‌کند. آلومنیم ۹۵ درصد، اشعه حرارتی را منعکس می‌کند.
عایق‌های حرارتی منعکس‌کننده:
عایقهای منعکس‌کننده از سطوح فلزی و نظایر آن ساخته می‌شوند و ممکن است بدون پشت بند یا با پشت بند به کار روند. میزان گرمابندی عایقهای منعکس‌کننده بر خلاف سایر عایقها، به ویژگی‌های سطحی عایق، فاصله هوایی و اختلاف درجه حرارت بستگی دارد. در مورد عایقهای منعکس‌کننده، نکته مهم این است که فاصله هوایی حداقل ۲۰ میلی‌متر رعایت شود. این عایقها چنانچه به نحو شایسته‌ای نصب شوند، می‌توانند به عنوان لایه بخاربندی (Vapor Barrier) نیز به کار روند.
عایق رطوبتی:
نفوذ رطوبت به داخل عایق‌های هدایتی، باعث کاهش خاصیت عایقی آن‌ها می‌شود. برای جلوگیری از این نفوذ، در عایق‌های سطوح ساختمانی (نظیر دیوار، سقف و کف) و عایق لوله‌های حامل سیال گرم و همچنین برای جلوگیری از تماس رطوبت زمین با لوله‌های فلزی، باید از عایق‌های رطوبتی استفاده گردد. عایق‌های رطوبتی موادی هستند که از نفوذ رطوبت از یک طرف به طرف دیگر، جلوگیری می‌نمایند. مانند اجسامی که آغشته به قیر شده باشند مانند گونی، کاغذ و همچنین مواد لاستیکی، پلاستیکی. به عنوان مثال روی عایق‌های پشم شیشه، پشم معدنی و پشم سنگ را گاهی اوقات با کاغذ یا پارچه قیر اندود و همچنین مواد لاستیکی و پلاستیکی می‌پوشانند تا از نفوذ رطوبت جلوگیری شود.
انواع عایق حرارتی از نظر شکل و نحوه استفاده
عایق‌های حرارتی کفی تزریقی درجا:
عایقهای کفی تزریقی درجا یا توده‌های متخلخل، از رزین‌های مایع مصنوعی ساخته می‌شوند. دو جزء تشکیل دهنده عایق، هنگام مخلوط شدن، کفی تولید می‌کنند که پس از مدتی سخت شده و فضای تزریق شده را در بر می‌گیرند.
عایق‌های حرارتی پتویی:
این عایقها از پشم سنگ، پشم شیشه، پشم سرباره، پشم چوب، پنبه، پشم حیوانات در ضخامتهای متفاوت تا ۱۰۰ میلی‌متر، تهیه و به عرضهای مختلف بریده می‌شوند و گاهی دارای پوششی از ورقه آلومینیوم یا کاغذ صنعتی (کرافت) هستند.
عایق‌های حرارتی از نوع تخته‌های عایق:
تخته‌های عایق از مصالح گوناگونی مانند نی، چوب و پشم سنگ ساخته می‌شوند. تخته‌های عایق برای منظورهای مختلفی از قبیل پوشش بیرونی و درونی دیوارها و عایق سقفها به کار می‌روند.
عایق‌های حرارتی قطعه‌ای:
عایقهای قطعه‌ای، شبیه عایقهای پتویی هستند، ولی طولشان محدودتر، و معمولا در حدود ۱٫۲۰ متر و کمتر، و ضخامتشان تا ۱۸۰ میلی‌متر می‌رسد. برخی از آن‌ها دارای پوشش کاغذی هستند که در لبه‌ها به صورت باریکه‌ای روی قطعات را پوشانده و نصب آن‌ها در قاب را آسان‌تر می‌شود.
عایق‌های حرارتی موجدار:
عایقهای موجدار از جنس کاغذ چند لایه موجدار هستند با پاشیدن چسب بر روی این عایق‌ها لایه‌های آن‌ها به همدیگر چسبانده می‌شوند که به افزایش استحکام آن‌ها کمک می‌کند در حالی که در انواع دیگر با یک ورقه پوشانده می‌شوند و دارای ویژگی گرمابندی بهتری هستند.
تاوه‌ها یا بلوکهای عایق:
تاوه‌ها یا بلوکهای عایق به صورت قطعات صلب ساخته می‌شوند و ابعاد آن‌ها تا حدودی از عایقهای قطعه‌ای کمتر است. گاهی اوقات تاوه‌ها ممکن است برای استحکام بیشتر به صورت دو لایه و بیشتر به هم چسبانده شوند. تاوه‌ها از مصالحی چون چوب پنبه، خرده چوب و سیمان، پشم سنگ با یک ماده چسباننده، ورمیکولیت با قیر، کف شیشه، بتن متخلخل (کفی یا گازی)، پلاستیکهای متخلخل، لاستیک سخت متخلخل، بتن سبک دانه از انواع پرلیتی، ورمیکولیتی یا پوکه رسی ساخته می‌شوند.
عایق‌کاری ساختمان در ایران
طبق ضوابط مسکن و شهرسازی، تمام ساخت و سازهایی که در ایران انجام می‌شود باید مطابق مقررات ملی ساختمان سال ۱۳۷۰ انجام گیرد و از تیرماه سال ۱۳۸۱ اجرای ضوابط مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان که مربوط به صرفه‌جویی انرژی است را رعایت کنند بر اساس این مقررات، مقاومت حرارتی اجزای خارجی ساختمان نباید از حد معینی پایینتر باشد.
شرایط عایق کاری
جنس عایق و روکش آن، باید برای کار در دمای سیستم لوله‌کشی و شرایط محل مناسب باشد.
جنس عایق و روکش آن، باید با آنچه در مقررات ملی ساختمان، برای حفاظت آن منطقه از ساختمان در برابر آتش مقرر شده، مطابقت داشته باشد.
استفاده از مواد و مصالح سوختی به عنوان عایق، روکش عایق و دیگر مواد کمکی از قبیل چسب نوار چسب و غیره، مجاز نیست.
قسمت‌هایی از لوله که از دیوار آتش عبور می‌کند، نباید عایق یا روکش عایق داشته باشد.
اگر لوله در معرض یخ زدن باشد، ضخامت عایق باید با روش‌های مهندسی مورد تایید، تایید شود، یا برای جلوگیری از یخ زدن، از روش‌های دیگری جز عایق کاری، استفاده شود.
لازم نبودن عایق کاری
در لوله‌کشی داخلی دستگاه‌هایی که در کار خانه سازنده، عایق شده باشند.
برای هر سیستم لوله‌کشی که دمای سیال داخل آن بین ۱۲٫۸ و ۴۰ درجه سانتی گراد باشد.
لوله‌هایی که سیال داخل آن‌ها با استفاده از سوخت‌های فسیلی یا انرژی الکتریکی، گرم یا سرد نشده باشد.
اگر انتقال گرما از جدار بدون عایق لوله، مقدار کل انرژی مورد نیاز ساختمان را افزایش ندهد.