عایق های حرارتی

معرفی

راه حل نگه داشتن هوا و دمایی مطبوع و کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های مرتبط با آن در ساختمان، جلوگیری از انتقال گرما به بیرون از ساختمان در فصل زمستان و جلوگیری از ورود گرما به داخل ساختمان در فصل تابستان است.

تاریخچه

استفاده از عایق‌های حرارتی بازتابی ایده تازه‌ای نیست و چیزی در حدود 1000 سال است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدارکی موجود است که نشان می‌دهد حتی مصریان باستان نیز از فلزات پلیش شده برای بازتاب گرما از خانه‌های خود استفاده می‌کردند.

اما شاید شناخته ترین نوع آن به سال 1892 بازگردد. جایی که آقای James Dewar فلاسک را اختراع کرد.

در سده 1900 میلادی، عایق‌های بازتابی برای حفاظت در مقابل گرما و سرما در شرایط سخت فضایی مورد استفاده قرار گرفتند. صنعت فضانوردی نیاز گسترده‌ای به عایق کردن وسایل فضانوردی داشته‌است.

از سال 2000 تا کنون استفاده گسترده‌ای از این مواد شده است. شاید در مسابقات دو ماراتون یا دیگر مسابقات ورزشی مشاهده کرده باشید که ورزشکاران از یک پتو از جنس فویل آلومنیومی استفاده می کنند. آیا تا به حال به این موضوع اندیشیده‌اید که چرا از این ابزار استفاده می‌کنند؟ و یا چرا در ساختمان‌ها از این ابزار استفاده می‌کنند؟

عایق های حرارتی چگونه عمل می‌کنند؟

بیشتر محصولات عایق به روش کاهش انتقال جریان گرما عمل می‌کنند در حالی که عایق‌های حرارتی بازتابی به روش کاهش دریافت گرما عمل می‌کنند. برای اینکه بیشتر با مکانیزم عملکرد این مواد آشنا شویم، در ابتدا انواع مکانیزم‌های انتقال حرارت را بررسی می‌کنیم.

مبانی انتقال گرما

جریان هوای از محیط گرم به محیط سرد به سه روش انتقال پیدا می‌کند:

• با تابش از یک سطح گرم به یک سطح سردتر با استفاده از هوا
• با رسانش از مواد جامد یا مایع
• با همرفت (انتقال فیزیکی هوا)

رسانش

جریان مستقیم هوای گرم از مواد که به صورت فیزیکی با هم در تماس می‌باشند را رسانش می‌گویند. انتقال گرما در رسانش، انتقال انرژی توسط مولکول‌ها به مولکول‌های مجاور است که سبب افزایش انرژی مولکول‌های مجاور می‌شود.

مثال رایج از رسانش انتقال گرما توسط آب جوش درون کتری به دسته کتری می‌باشد. مثال دیگری که در شکل بالا نشان داده شده است، انتقال گرما توسط صفحه اجاق به بدنه کتری می‌باشد.
انتقال حرارت به روش رسانش در معادله فوری (معادله زیر) نشان داده شده است.

(Rate of Heat Flow) = -k × (Area) × (Temperature Gradient)

در این معادله k ضریب رسانش گرمایی یا در بسیاری از مواد عایق رسانش گرمایی ظاهری خوانده می‌شود.

این مقدار بخشی از ویژگی یک ماده است و با تغییر دما، چگالی (میزان تراکم)، و ترکیبات آن تغییر می‌کند. میزان رسانش گرمایی بعضی از مواد در جدول زیر برای مقایسه آورده شده است.

همرفت

همرفت در ساختمان‌ها به دلیل جابجایی هوای گرم شده اتفاق می‌افتد. در هوای درون ساختمان‌ها، هوای گرم به سمت بالا حرکت می‌کند و هوای سرد به سمت پایین و در نتیجه آن است که چرخه همرفتی پدید می‌آید. همچنین همرفت می‌تواند به صورت مکانیکی، با استفاده از یک فن یا باد ایجاد شود.

مثال های رایج از انتقال گرما توسط همرفت:

1. هوای گرم از صفحه‌های تعدیل دما بالا می‌آیند.
2. هوای پس از ارتباط با رادیاتور گرم می‌شود و به سمت بالا حرکت می‌کند.
3. هوای گرم از شومینه خارج می‌شود.

در انتقال حرارت از یک جسم جامد به هوا، مشاهده شد که این گرما فقط توسط رسانش انجام نمی‌شود. به جای آن، بخشی توسط همرفت و بخش دیگری توسط تابش اتفاق می‌افتد. تفاوت دمایی بین جسم جامد و میانگین دمای هوای بالای آن وجود دارد. در این صورت، مقاومت در برابر انتقال حرارت تنها وابسته به رسانش هوا نیست. در عوض، مقاومت باید با اندازه‌گیری دمای سطح جسم جامد، دمای هوا، و گرمای انتقال داده شده از جسم به هوا اندازه‌گیری شود. مقدار مقاومت محاسبه شده ترکیبی از مقاومت در برابر رسانش، همرفت و تابش است. این مقاومت با حرف R نشان داده می‌شود و واحد آن (hr.ft².^oF/Btu) است که برای توضیح مشخصات فنی انتقال حرارتی مواد عایق حرارتی استفاده می‌شود.

تابش  (Radiation)

تابش انتقال گرما از یک سطح گرم به یک سطح سرد از طریق هوا با استفاده از امواج اینفرارد انرژی است. امواج تابشی دمایی ندارند و قابل مشاهده نیستند و فقط به صورت انرژی انتقال داده می‌شوند. زمانی که این امواج به سطحی برخورد می‌کنند، دمای آن را بالا می‌برند. این مفهوم با این مثال بیشتر توضیح داده می‌شود. در یک روز آفتابی، امواج تابشی گرما از آفتاب از پنجره اتومبیل وارد می‌شود و توسط فرمان اتومبیل جذب می‌شود و سبب بالارفتن دمای آن می‌شود.

امواج تابشی آفتاب به سطح خارجی ساختمان‌ها برخورد می‌کنند و سبب بالا رفتن دمای دیوارها و سقف می‌شوند. این گرما به صورت رسانش به فضای داخلی دیوارها در درون ساختمان می‌رسد و دوباره به صورت امواج باعث بالا رفتن دمای دیگر سطوح در درون ساختمان می‌شود.

زمانی که از انتقال حرارت صحبت می‌شود، دو عامل به عنوان عوامل مهم برای ارزیابی آن در نظر گرفته می‌شوند.

•  نشر (Emittance or Emissivity):

این موضوع به توانایی مواد در نشر انرژی گرمایی اتلاق می‌شود. تمامی مواد دارای نشر از صفر تا یک هستند. هرچه میزان نشر مواد کمتر باشد، میزان گرمایی که از سطح آن‌ها ساطع می‌شود کمتر خواهد بود. آلومنیوم دارای نشر بسیار پایین است، که این موضوع دلیل استفاده از این مواد در عایق‌های بازتابی است.

• بازتابش  (Reflectance or Reflectivity):

به میزان بازتابش انرژی گرمایی از سطح مواد اتلاق می‌شود. نشر و بازتابش به یکدیگر وابسته هستند و کم بودن مقدار نشر به معنای بالا بودن میزان بازتابش است. برای مثال، آلومنیوم با نشر0.03 دارای بازتابش 0.97 است. برای درک بیشتر، میزان نشر از مواد مختلف آورده شده است.

دلیل استفاده از عایق‌های حرارتی:

عایق‌های حرارتی عامل کاهش انتقال حرارت از پوشش ساختمان است. زمانی که اختلاف دما وجود داشته باشد، گرما بطور طبیعی از منطقه گرمتر به سمت منطقه سردتر جریان پیدا می‌کند. برای حفظ دمای متعادل در درون خانه، گرمای از دست رفته در زمستان باید با سیستم گرمایشی تامین شود و در تابستان گرمای وارد شده با استفاده از سیستم خنک کننده جابجا شود. آمار نشان می‌دهد که در کشور‌های آمریکا و کانادا به طور میانگین، 50 تا 70 درصد انرژی در خانه صرف گرم کردن و خنک کردن می‌شود. بنابراین، استفاده از عایق‌های حرارتی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های ناشی از آن کاملا منطقی به نظر می‌رسد.

به طور خلاصه، استفاده از عایق‌های حرارتی دارای مزایای زیر است:

1. با استفاده از عایق‌های حرارتی در ساختمان، فضایی راحت‌تر و قابل سکونت‌تر فراهم می‌شود. علاوه بر آن، با استفاده از عایق‌های حرارتی اثر تراکم رطوبت و حرکت هوا در ساختمان‌هایی که به خوبی ایزوله شده‌اند به حداقل می‌رسد. در نتیجه این موضوع هزینه نگهداری کاهش پیدا می‌کند و دوام ساختمان‌ها افزایش خواهد یافت.
2. کاهش نیاز به انرژی و در نتیجه آن کاهش هزینه‌های قبوض خانه.
3. کمک به اقتصاد، محیط زیست و کمک به حفظ انرژی. این نتایج بر اساس مطالعاتی که در دپارتمان انرژی آمریکا انجام شده است، بدست آمده است.

در ساختمان ها گرما با استفاده از روش‌های همرفت، تابش و رسانش از سوراخ‌های موجود در دیوارها، کف و اتاق‌های زیر شیروانی انتقال داده می‌شود. عامل اصلی که در ساختمان‌ها باعث هدر رفت انرژی و گرما می‌شود، تابش است. عایق‌های حرارتی انعکاسی روشی موثر برای مقابله در برابر هدر رفت انرژی خواهد بود، به این دلیل که عایق‌های بازتابی مقدار زیادی از انرژی تابشی را بازتاب می‌دهد و تنها بخش کوچکی از آن را از خود عبور می‌دهد. همچنین به دلیل سطح غیر قابل نفوذ آن، عایق‌های بازتابی باعث کاهش انتقال گرما از طریق تماس می‌شوند.

عایق‌های فایبر گلاس و فوم‌ها باعث کاهش انتقال گرما می‌شوند اما این عایق‌ها در مقابل انرژی تابشی موثر نیستند و به جای آنکه جلوی آن را بگیرند و یا بازتاب دهند، آنرا جذب می‌کنند.

عایق های حرارتی بازتابی انعکاسی

عایق های حرارتی دارای یک لایه یا بیشتر از سطوح با نشر پایین هستند که در میان آن‌ها حباب‌های محصور شده هوا قرار گرفته است.

مفهوم عایق‌های بازتابی انعکاسی

عایق های استاندارد موجود در بازار مانند فایبرگلاس‌ها، فوم‌ها و سلولز باعث کاهش انتقال حرارت با استفاده از به دام انداختن هوا یا دیگر گازها می‌شود. بنابراین، این روش‌های عایق و تکنولوژی ها از روش همرفت به عنوان روش اصلی برای جلوگیری از انتقال هوا استفاده می‌کنند. اما این محصولات در مقابل جلوگیری از انرژی تابشی که به عنوان عامل اصلی در انتقال حرارت به ساختمان‌ها شناخته می‌شوند موفق نیستند. در حقیقت این محصولات همچون دیگر مواد بکار رفته در ساخت ساختمان‌ها نرخ انرژی تابشی بسیار بالایی دارند.

عایق‌های حرارتی بازتابی از لایه‌های فویل آلومنیومی یا فیلم متالایز شده آلومنیوم، کاغذ و حباب‌های هوای برای کاهش انتقال همرفتی حرارت استفاده می‌شود. فویل‌های آلومنیومی یا فیلم‌های متالایز آلومنیوم همچنین برای کاهش انرژی تابشی بسیار موثر هستند. در حقیقت این فیلم‌های متالایز آلومنیومی باعث کاهش نرخ انتقال حرارت تا 97 درصد می‌شوند.

جریان گرمایی که توسط تابش ساطع می‌شود با استفاده و بکارگیری پنجره های Low E در ساختمان‌ها بیشتر به مردم شناسانده شد. E مخفف از نشر (Emittance) است و این مقدار بین صفر تا یک برای اشیای مختلف متغییر است، صفر برای اجسام بدون خاصیت نشر و عبور دهی و یک برای اجسام با بالاترین مقدار عبوردهی است. عایق‌های حرارتی انعکاسی معمولا دارای مقدار E کمتر از 0.03 هستند .  در نتیجه در مقایسه با دیگر انواع مواد عایق بهترین مصالح برای کاهش هدر رفت انرژی در ساختمان‌ها هستند. زمانی که از عایق‌های حرارتی انعکاسی در ساختمان استفاده می‌شود، این عایق‌ها همچون عایق‌های دیگر با به دام انداختن مولکول‌های هوا مانع از انتقال جریان گرما با استفاده از روش همرفت می‌شوند.

تمامی محصولات عایق حرارتی بازتابی با استفاده از معیار R Value ارزیابی می‌شوند که معیاری از میزان مقاومت در برابر عبور دهی جریان حرارتی است. هرچه میزان R Value بیشتر باشد، عملکرد عایق بهتر است.

عایق‌های حرارتی انعکاسی از مواد غیر سمی ساخته می‌شوند و برای محیط زیست و افرادی که در ساختمان هستند ضرری ندارند. این مواد همچنین قابل بازیافت هستند و به عنوان مواد سبز در ساخت ساختمان‌ها تلقی می‌شوند.

نکته دیگری که در مورد عایق‌های حرارتی انعکاسی مورد توجه است این است که این مواد به طور موثری مانعی برای رطوبت هستند.

درک مفهوم سیستم عایق‌های بازتابی (Reflective Insulation System):

لایه‌های آلومنیوم و یا مواد با نشر پایین و هوای محصور شده در درون آن، که یک سیستم بازتابش قوی را ایجاد می‌کند و یا با نشر بسیار پایین را ایجاد می‌کند و در مجاورت گرما قرار می‌گیرند، تحت عنوان سیستم عایق بازتابی شناخته می‌شود. عملکرد این سیستم بر اساس نوع موادی که در ساخت آن‌ها استفاده شده‌اند و همچنین سایز هوای محصور شده ارزیابی می‌شوند. هرچه میزان هوا کمتر باشد، مقدار گرمایی که توسط همرفت انتقال داده می‌شود نیز کمتر خواهد بود. در نتیجه، برای کمتر کردن میزان انتقال گرما از طریق همرفت، یک عایق حرارتی در ساختمان ها قرار می‌گیرد تا بتواند فضاهای خالی بزرگتر را به فضاهای خالی کوچکتر تبدیل کند. این حباب‌های هوای کوچکتر محصور شده، هدر رفت گرما از طریق همرفت را کمتر می‌کنند.

عایق های حرارتی انعکاسی با عایق‌هایی که به طور سنتی در ساختمان‌ها استفاده می‌شده است در موارد زیر متفاوت است:

1. عایق‌های حرارتی انعکاسی دارای E value بسیار پایینی (0.3) در مقابل با دیگر عایق ها (تقریبا 0.9) هستند که این موضوع باعث می‌شود تا مقدار گرمایی که در اثر انرژی تابشی ایجاد می‌شود بشدت کاهش یابد.
2. عایق‌های حرارتی انعکاسی در مقایسه با دیگر عایق‌ها دارای حجم کمتری هستند که این موضوع باعث می‌شود گرما جذب نکنند و آن را در خود نگه ندارند.
3. عایق‌های حرارتی انعکاسی در بیشتر موارد میزان جذب و انتقال حرارت کمتری دارند.
4. عایق‌های حرارتی انعکاسی بر خلاف عایق های فومی، فایبرگلاس و غیره با استفاده از لایه‌های آلومنیوم هوا را محصور می‌کنند.
5. عایق‌های حرارتی انعکاسی پوست، چشم یا گلو را تحریک نمی‌کند و گازی از خود ساطع نمی‌کنند.
6. در صورت جذب رطوبت یا تحت فشار قرار گرفتن این عایق‌ها، نگرانی از جهت کاهش عملکرد آن‌ها وجود نخواهد داشت.

انواع عایق‌های حرارتی انعکاسی:

عایق‌های حرارتی انعکاسی دهه‌ها است که در کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار می‌گیرد و امروزه در تمامی نقاط جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع عایق‌های حرارتی انعکاسی که امروزه در دسترس هستند به شرح زیر است:

1. لایه‌های فویل آلومنیومی یا فیلم متالایز که با استفاده از حباب های محصور شده هوا یا فوم جدا می‌شود.
2. چندین لایه آلومنیوم، کارتون یا پلاستیک با گوشه‌های لبه دار شده برای نصب آسانتر.
3. یک لایه آلومنیوم متالایز شده که بر روی کاتون یا مواد پلاستیکی لمینیت شده و دارای حباب‌های هوای محصور شده است.

موارد استفاده از عایق‌های حرارتی انعکاسی:

عایق‌های حرارتی انعکاسی طراحی شده‌اند تا در بالای، میان قاب‌ها قرار بگیرند و قابل نصب بر روی دیوارها، کف و سقف‌ها هستند. موارد استفاده این عایق‌ها بسیار گسترده هستند و برای مصارف تجاری، کشاورزی و صنعتی میتوانند بکار گرفته شوند. بعضی از این موارد در زیر آورده شده است:

• ساختمان‌های مسکونی، در حال ساخت و بازسازی شده

دیوار ها، زیر زمین، طبقات، سقف، کف و اتاق‌های زیر شیروانی

• ساختمان‌های تجاری، در حال ساخت و بازسازی شده

دیوار ها، زیر زمین، طبقات، سقف، کف و اتاق‌های زیر شیروانی

• ساختمان‌های صنعتی، در حال ساخت و بازسازی شده

دیوار ها، طبقات، سقف، کف و اتاق‌های زیر شیروانی

• مصارف دیگر، در حال ساخت و بازسازی شده

به عنوان پوشش برای گرم کننده‌های آب، واحد‌های خنک کننده آب، مرغ‌داری‌ها، ساختمان‌های دپو، سیلوها، گاراژها، خودروهای تفریحی و لوله‌های ایزوله

مزایای عایق حباب دار پارس صدرا:

• بازتاب 97% از انرژی تابشی گرمایی
• ضخامت کمتر در مقایسه با عایق های سنتی، در تنیجه استفاده در فضاهای مفید بیشتر
• نصب آسان
• بدون هرگونه فیبر
• بدون نیاز به توری نگه دارنده هنگام صب
• دارای خاصیت غیر اشتعال پذیر با کلاس A/1 آتش
• تراکم ناپذیر
• جلوگیری از رشد قارچ و کپک
• غیر سمی / غیر سرطان زا
• فشرده نشده، ریزش و از هم پاشیده نمی شود
• با دوام و سبک وزن، بهره وری خود را در طول زمان از دست نمی دهد
• مانع از لانه سازی حشرات و جوندگان می شود
• باعث نارحتی های پوستی و آلرژی نمی شود
• باعث کاهش هزینه های گرمایشی و سرمایشی در طول سال می گردد
• عایق رطوبت
• تخت تاثیر نم و رطوبت قرار نمی گیرد
• قابلیت بازیافت آسان
• دارای گواهی سیستم مدیریت یکپارچه ISO 9001:2008

لایه های محافظ در عایق های حرارتی انعکاسی پارس صدرا