کاربرد عایق های حرارتی

کاربردها

هدف اولیه ی یک عایق حرارتی کنترل انتقال حرارت میان بخش های خارجی و داخلی ساختمان است. مسائل حرارتی ساختمان در جایی رخ می دهد که امکان خروج و ورود حرارت در آن ممکن باشد. آخرین سد دفاعی ساختمان پوشش حرارتی آن است. این خط آخر دفاعی که در آن اتلاف حرارتی رخ می دهد، باید به خوبی مد نظر قرارگیرد. در حقیقت برای ایجاد ضمانت در زمینه ی راحتی ساکنین و افزایش راندمان مصرف انرژی و استحکام ساختمان، سد حرارتی( عایق کاری ) و سد هوایی باید در اطراف خانه ایجاد گردد. تمام اجزای هوا و سدهای حرارتی باید در تماس فیزیکی با همدیگر باشند تا از هرگونه کاهش در راندمان یا حذف این سدها جلوگیری شود. این مسئله مهم است که بدانید مواد مورد استفاده در عایق کاری و کیفیت آنها بر روی بازده سیستم های حرارتی، برودتی ساختمان تأثیر دارند.

محل قرارگیری عایق ها

عایق ها معمولا برای استفاده در دیواره های خارجی و سقف شیروانی هستند. بسیاری از محل های یک خانه که باید مد نظر قرار گیرد، عبارتند از پوشش داخلی سقف ها که در بالای آنها فاصله ی هوایی وجود دارد، دیوارهای خمیده ی دارای فضاهای کوچک که معمولا در انتهای فضاهای مسکونی واقع شده اند، دیوارهای شیب دار و سقف های کاذب که در محل زندگی آدم ها قرار دارد، محیط های اطراف صفحات بتونی، بخش های بالای فضاهای تهویه، فضاهای زیر بخش های روباز مانند گاراژها و ایوان ها، دیوارهای زیر زمین، بالا و پایین تیرچه ها، طبقات بالای زیر زمین هایی که تهویه ندارند، زیر طاق ها، دیوارهای خمیده در نزدیکی اتاق های اضافی و حتی مناطقی که در رختشورخانه ها و حمام ها، بخش های کاهنده ی صدا وصل می شود.
حفرات و فضاهای خالی جاهایی هستند که باید عایق کاری شوند اما معمولا از قلم می افتند و بدینوسیله باعث اتلاف گرمایی می شوند. یک فضای خالی در جایی بوجود می آید که لبه های فضاها بر روی هم قرار داده نشوند. یک حفره نیز سوراخی است که در بدنه ی اصلی ساختمان بوجود آمده است. مثال هایی از این بخش های اتلاف دهنده ی ساختمان عبارتند از: حفرات حاصل از لوله کشی، حفرات حاصل از سیم کشی، فضاهای خالی بوجود آمده در بخاری، حفرات موجود در پوشش داخلی ساختمان، بخش های زیر طاق و هواکش هاست.

فونداسیون

در برخی آب و هواها، یک فونداسیون عایق کاری نشده ممکن است بیش از 50 % از اتلاف حرارتی را در خانه ای که سایر بخش های آن عایق کاری شده ی، ایجاد کند. نصب مناسب مواد عایق در فونداسیون برای جلوگیری از نفوذ رطوبت، خطرات ناشی از مواد دیگر و پوسیدگی ساختاری دردماهای مختلف، ضروری است. این انتقال رطوبت و مواد دیگر بین بخش های داخلی خانه و زمین انجام می شود. طراحی و نصب ضعیف نیز ممکن است باعث باعث نفوذ و هجوم مواد رادیو اکتیو شود. برای انتخاب روش و مواد مورد استفاده در عایق کاری این بخش ها توجه به آب و هوا، نوع خاک و شرایط طراحی مهم می باشد.
اگرچه صرفه جویی زیادی در هزینه های گرمایشی می تواند با عایق کاری فونداسیون ایجاد گردد، هزینه های نصب این عایق ها معمولا بالاست مخصوصا برای زمین های رادیواکتیو. مواد مورد استفاده، محل کاربرد و وسعت و زمان انجام کار بر روی هزینه های کلی اثرگذار است. در حالی که صرفه جویی از طریق کاهش مصرف انرژی صورت می گیرد، بسته های مالی کمکی برای کاهش مصرف انرژی و برنامه های بهبود صرفه جویی نیز وجود دارد که بازپرداخت های این بسته های مالی نیز بسیار ساده می باشد و می توان از آنها استفاده نمود. دوره های بازپرداخت معمولا برای بازسازی های ساده 6 ماهه و برای کارهای اساسی 20 ساله است.

دیواره های زیر زمین

نصب عایق کاری بر روی دیواره های داخلی زیر زمین معمولا کار بسیار خوبی است. عایق کاری داخلی می تواند پل زنی های حرارتی را به حداقل رسانده و در نتیجه اتلاف حرارتی ایجاد شده از طریق فونداسیون را به حداقل برساند. این عایق کاری همچنین از نفوذ آب به داخل زیر زمین هم جلوگیری می کند و می تواند از بوجود آمدن خرابی های ناشی از یخ زدگی در دوره های یخ زدگی جلوگیری می کند. برخی مواد مورد استفاده در عایق کاری مستعد هجوم حشرات هستند بنابراین انتخاب مواد مناسب یکی از بخش های اصلی کار به شمار می رود. عایق های فوم مانند با مواد حشره کشی مانند بوریک اسید پر می شوند و برای استفاده در عایق کاری این بخش ها مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد برخی موفقیت ها در زمینه ی دفع موریانه داشته است. اگرچه موریانه بوسیله ی استفاده از بوریک اسید دفع می شود، بوریک اسید مورد استفاده در این عایق ها به آهستگی از فوم خارج شده و به داخل رطوبت نفوذ می کند. نصب سنگ فرش مناسب یا ایجاد موانع در برابر نفوذ باران در خارج از ساختمان می تواند از نفوذ باران و در نتیجه مشکلات حاصل از آن، جلوگیری کند.
آنالیزهای کامل تری مورد نیاز است تا بوسیله ی آن بتوان پوشش های محافظ مناسب را تشخیص داد و بتوان عایق هایی که برای جلوگیری از نفوذ آب و یا با عمر مفید بالا، پیدا کرد. از آپریل تا زوئن سال 1988، یک مطالعه بر روی 59 خانه در مینی سوتا بوسیله ی دپارتمان سرویس های عمومی مینی سوتا انجام شده است. این مطالعه کارایی دراز مدت عایق ها در برابر شرایط محیطی را نشان می دهد.
نتایج این بررسی نشان داد که پایداری و عملکرد فونداسیون خارجی به کیفیت نصب و گرید پوشش های محافظتی بستگی دارد، نه نوع عایق مورد استفاده. بیشتر پوشش ها کمک می کنند تا میزان جذب رطوبت به حداقل برسد. به هر حال تقریبا 60 % از پوشش های قیراندود( که معمولا برای محافظت عایق های یوریتانی مورد استفاده قرار می گیرد) آسیب هایی همچون پوسته پوسته شدن، ایجاد کندگی و غیره دارند.
دپارتمان انرژی آمریکا با گروه های منظمی همکاری می کند تا بدین وسیله خطوط راهنمای مناسب برای ایجاد عایق بندی های مناسب ایجاد گردد. متخصصین ساختمان سازی این تئوری را بیان کرده اند که بهترین راه برای ساخت یک زیر زمین خشک، عایق کاری خارجی دیواره های بیرونی با یک لایه ی عایق، صلب و دارای فیبر مانند فایبرگلاس یا پشم سنگ و حذف استفاده از پوشش های ضد رطوبتی خارجی و یا ممانعت کننده های رطوبت در داخل است. پوشش های ضد رطوبت متداول باید از 6 اینچ تا 3 اینچ زیر سطح قرار داده شوند. عایق های الیافی در برابر نفوذ کاپیلاری جلوگیری کرده و حتی در هنگام وقوع سیل نیز از ورود توده ی آب جلوگیری می کنند. سطح خارجی بتون هواره خشک است که علت این موضوع اختلافات فشار بخار است. این ساختار می تواند در برابر انبساط های بوجود آمده در تابستان مقاومت می کند و به طو بالقوه می تواند به عنوان یک رطوبت گیر مثبت برای زیر زمین عمل کند. در زمستان وقتی رطوبت نسبی هوای زیر زمین کمتر از 33 % است، بخار آب به سمت داخل نفوذ می کند.
عایق کاری همچنین می تواند در بخش داخلی فونداسیون یا بخش داخلی زیر زمین اعمال شود. این روش مخصوصا برای تعمیرات و یا برنامه های بازسازی مناسب است و برای انجام آن نیازی به خاکبرداری نیز نیست. آنالیز مواد برای اجرای مناسب این کار ضروری است و همچنین به ما نشان می دهد که ایمنی و یکپارچگی ساختاری خانه چگونه است. برای مثال برخی از انواع عایق ها نیازمند جداسازی از فضای مسکونی هستند و در صورت آتش گرفتن، گازهای سمی تولید می کنند. کاربردهای عایق کاری داخلی برای محافظت ساختار در برابر رطوبت موفق نیستند. نصب مناسب مواد آب بندی کننده و ممانعت کننده های بخار برای ایجاد عملکرد مناسب عایق کاری داخلی، ضروری است.

فونداسیون بتونی

اتلاف حرارت از کف عموما 10 % اتلاف کل بوجود آمده در یک ساختمان را به خود اختصاص می دهد. این مسئله ممکن است به نظر کم برسد، اما از لحاظ راحتی، کف ساختمانی که سرد باشد معمولا مناسب نیست. فونداسیون های بتونی یا فونداسیون های برای خانه هایی که دارای فونداسیون نیستند، ممکن است نیازمند عایق کاری باشند این عایق کاری یا به طور عمودی در بخش داخلی و خارجی دیواره ی فونداسیون قرار داده می شود و یا به طور افقی در بالا یا پایین سطح کف ساختمان قرار داده می شوند. عایق کاری عمودی و یکپارچه ی بخش خارجی دیواره ی فونداسیون اتلاف گرمایی را که ممکن است در فونداسیون و یا کف رخ دهد را به حداقل می رساند. برای کاهش اتلاف حرارتی از کف به زمین بیرون، عایق کاری در زیر محل نشیمن انجام می شود.
یک سازنده ی ساختمان نیز می تواند عایق کاری را به طور عمودی بر روی بخش داخلی یا در سمت فونداسیون( قبل از قرار گیری بتون قالبی) قرار دهد. لبه های این بتن های قالبی را می توان عایق کاری نمود. اگر میزان سطح آب حداکثر در یک محل 2 فوت یا بیشتر باشد، عایق کاری پیرامون ممکن است در حالت عمودی یا افقی انجام شود. اگر سطح آب حداکثری در این منطقه کمتر از 2 فوت باشد، عایق کاری پیرامونی ممکن است به صورت عمودی یا L شکل انجام شود. ملاحظات خاص همواره باید در نظر گرفته شود تا از هجوم حشرات و جانواران موزی در زمانی که از محصولات عایق کاری در فونداسیون استفاده می شود، جلوگیری نمود.

دیوارها

دیوارها یکی از بخش های مستعد برای اتلاف حرارتی است. تحقیقات نشان می دهد که برای عایق کاری دیواره ها می توان از پتو، بخش های سفالی، عایق های هوا دار یا صفحات بهره گرفت. ترک های ایجاد شده در اطراف پنجره ها و درها باید عایق کاری شود. عایق های نرم و فوم ها باید در فضاهایی استفاده شود که در اطراف قاب های ناصاف قرار دارد. درهای عایق در بازار وجود دارند و می توان از آنها استفاده کرد.
پنجره های عایق دارای فاصله ی هوایی میان دو لایه یا سه لایه ی شیشه هستند که اتلاف در آنها بسیار کم است. برای مؤثر بودن این بخش ها، این قسمت ها باید دارای یک گاز خنثی در میان لایه های شیشه باشند. البته این در ها به نسبت درهای معمولی گران قیمت ترند.

طبقات

در بیشتر آب و هواها، عایق کاری طبقات باید انجام شود زیرا در برخی از ساختمان ها بخش نشیمن با طبقاتی در تماس است که مسکونی نمی باشند، مانند زیر زمین و راه پله ها و از این رو امکان بروز اتلاف حرارتی در این بخش ها وجود دارد. البته عایق کاری این بخش ها نیز باید هوشمندانه انجام شود مثلا اگر فونداسیون خانه به طور کامل عایق کاری باشد، برخی طبقات نیاز به عایق کاری ندارند. دیوارهای فونداسیون در اتاق های مسکونی به طور نمونه وار نیاز به عایق کاری ندارند بجز در جاهایی که 50 درصد از دیوار در برابر هوای آزاد واقع شده باشند و یا اگر زیر زمین مسکونی باشد.

پوشش کاری داخلی سقف ها

عایق کاری سقف ها باید در بخش بالایی قسمت داخلی آنها انجام شود. به هر حال این عایق کاری نباید سیستم تهویه را مختل کند.

اتاقک های زیر شیروانی

اتاقک زیر شیروانی به طور نمونه وار باید با عایق های نرم یا پتوهای عایق پر شود تا بدین وسیله یک عایق کاری مناسب در این بخش ها ایجاد گردد. سقف های عمودی بخش های مسئله ساز در زمینه ی عایق کاری به شمار می آیند زیرا فضای عایق کاری در این بخش ها اندک است. این بخش ها باید با استفاده از عایق های خوب و با ضخامت مناسب( حداقل 2 اینچ)، عایق کاری شوند.
همانگونه که قبلا اشاره شد، نواحی از سقف شیروانی که با دیوار ها در تماس هستند، نباید مورد غفلت و فراموشی قرار گیرد. هر کدام از این بخش های خانه باید با عایق های مناسب، عایق کاری شوند( شکل 1).

ابر عایق کاری

در حدود سال 1980، یک روش جدید برای صرفه جویی در مصرف انرژی و سوخت در ساختمان ها و معماری ها مورد توجه قرار گرفت. این روش ابر عایق کاری نامیده شد. این روش راحتی بالا در زمستان و تابستان و کاهش 75 تا 95 درصدی در میزان مصرف انرژی نسبت به خانه های معمولی را در بر دارد. این روش در مجلات و کتاب ها تبلیغ و معرفی گردید. اشتیاق برای استفاده از این روش به سرعت گسترش یافت و باعث شد تا در سال 1987، ده ها هزار از این نوع خانه ها در ایالات متحده ی آمریکا و کانادا ساخته شود. سرچشمه ی طراحی بر پایه ی ابر عایق کاری به دهه ی 1940 بر می گردد. در آن زمان یک گروه از افراد در دانشگاه الینویز توانستند ثابت کنند که طراحی بر پایه ی ابر عایق کاری تنها نیازمند یک سوم از حرارت اضطراری است که بوسیله ی طراحی های توسعه یافته بوسیله ی دیپارتمان مسکن و شهرسازی آمریکا، مورد نیاز است. نامی که امروزه برای اشاره به این نوع از عایق کاری، بیان می شود، روش دیوارهای خشک هوا دار( ADA) می باشد.
در برخی نواحی سرد، این روش جدید غالب ترین روش خانه سازی محسوب می شود. این مهم است که به این نکته توجه کنید که استاندارد دانشگاهی در اشل صنعتی قابل دستیابی نیست زیرا یک طراحی که در دانشگاه بوستن انجام می شود با طراحی تجاری انجام شده در کلورادو متفاوت است. در واقع آب و هوا نیز بر روی عملکرد این خانه ها مؤثر می باشد. استفاده ی مناسب از این خانه ها در مکان های مقدور است که دارای پوشش جنگلی باشند.
ویژگی اصلی و متمایز این خانه ها استفاده از عایق های ضخیم و وسیع است. یک خانه ی ابر عایق شده دارای عایق کاری مناسب در تمام دیوارها، سقف و طبقات است. حتی این عایق کاری در سردرها، قرنیزهای کف پنجره، قاب پنجره ها، قاب درها و جعبه های برق نیز وجود دارد. ساختار ایجاد شده باید هوا ناپذیر باشد اما باید توانایی فراهم آوری هوای تازه به داخل آن فراهم باشد. مزیت سکونت در این خانه ها گرم بودن دائمی کف، نقاط نزدیک پنجره ها و دیگر نقاط مستعد برای سرد بودن در خانه، می باشد. یک خانه ی ابر عایق شده، در طی کل زمستان گرم است و تنها با اندک گرمایی که از انرژی خورشیدی ( از طریق پنجره ها) و گرمایش داخلی خود، به آن می رسد، گرم می شود. گرمایش داخلی در این خانه ها بوسیله ی سیستم های گرمایشی، گرمایش اجاق غذاپذی و گرمایش های محیطی مانند گرمای بدن انسان ها، گرمای حاصل از کارکرد وسایل برقی و ... ایجاد می شود.
در این خانه ها از بخاری های گرم کننده ی متداول استفاده نمی شود. بیشتر خانه ها از سیستم گرمایش آب گرم و یا گرمایش الکتریکی استفاده می کنند. در زمان هایی که دمای هوا بسیار پایین می رود، می توان از یک بخاری چوبی و یا یک هیتر حرارتی الکتریکی برای گرم کردن این نوع خانه ها استفاده نمود. با حذف سیستم های بزرگ توزیع گرما و یا بخاری ها، این نوع خانه ها مخارج اندکی دارند. در حقیقت این نوع خانه ها تنها نیازمند یک گرمایش کمکی هستند که توان آن می تواند کمتر از 15 % توان سیستم های گرمایشی مورد استفاده در ساختمان های معمولی باشد. در تابستان، باز هم خانه خنک می ماند زیرا جذب حرارت در این خانه ها بسیار اندک است.
هزینه ی اضافی خانه های ابر عایق شده معمولا 3 تا 6 درصد هزینه ی ساخت کل می باشد. متخصصین پیشنهاد می کنند که بهترین عایق کاری برای خانه های ابر عایق شده آنهایی هستند که ارزش عایق کاری بیشتری دارند و قیمت شان نیز کم باشد. محصولات پتومانند به دلیل قیمت پایین تر، سهولت نصب و مقاومت خوب در برابر آتش گرفتن، ترجیح داده می شوند. الیاف حبابدار نیز با توجه به ملاحظات خاص این الیاف، مناسب می باشند. البته نصب این عایق ها مشکل می باشد. برخی از انواع عایق ها برای عایق کاری این گونه خانه ها، پیشنهاد نشده است. این عایق ها عبارتند از عایق های دارای ورمیکولیت و پرلیت و فوم های اوره فرمالدهیت.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع است.