عزل حراري
العزل الحراري thermal insulation، هو الوسيلة التي يتم بواسطتها حفظ الطاقة وتوفيرها من خلال تخفيض قيمة الكسب الحراري heat gain، أو الضياع الحراري heat loss من الأبنية والتجهيزات والأنابيب الناقلة للموائع الساخنة أو الباردة، وذلك باسـتخدام المواد العازلة التي توضع بين الوسط الساخن والوسط البارد، وتتمتع هذه المواد بناقلية حرارية صغيرة جداً، فهي رديئة التوصيل الحراري heat conduction، ويعود ذلك لاحتوائها على كمية كبيرة من الهواء والغازات في تركيبها قد تصل نسبتها إلى أكثر من 95% من حجمها.[1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
مبادئ العزل الحراري
تعرّف الحرارة بأنها الطاقة المنتقلة من وسط لآخر نتيجة فرق في درجتي حرارة هذين الوسطين، وتنتقل الحرارة عادة من الوسط الساخن إلى البارد بثلاث طرائق مختلفة، وهي: التوصيل الحراري، والحمل الحراري heat convection، والإشعاع الحراري heat radiation. ويقلل العزل الحراري إسهام هذه الطرائق مجتمعة أو كل طريقةٍ منها على حدة في عملية انتقال الحرارة من الوسط الساخن إلى الوسط البارد على النحو الآتي:
التوصيل الحراري
يعد التوصيل الحراري الطريقة الرئيسة في انتقال الحرارة عبر جدار صلب مستوٍ سطحاه الداخلي والخارجي بدرجتي حرارة مختلفتين. يُعْطَى التدفق الحراري من السطح الساخن للجدار إلى السطح البارد وفق محور معّين x عمودي على الجدار بالعلاقة:
تنص هذه المعادلة على أن قيمة التدفق الحراري بالتوصيل qx تتناسب طرداً ومساحة سطح الجدار S، والفرق بين درجتي حرارة سطحي الجدار، وكذلك مع معامل التوصيل الحراري thermal conductivity لمادة الجدار. تختلف قيمة المعامل من مادة لأخرى؛ فمثلاً بالنسبة للنحاس تبلغ قيمته k370(W.m-1.K-1)k؛ في حين تقدر قيمته لمادة الصوف الصخري المستخدم كعازل حراري بـ k0.04(W.m-1.K-1)k من جهة أخرى تتعلق قيمة التدفق الحراري بالتوصيل عكساً مع سماكة الجدار. يتم التقليل من قيمة التدفق الحراري، عبر الجدار باستخدام العازل الحراري، الذي تؤدي زيادة سماكته بمقدار الضعف إلى تخفيض قيمة التدفق الحراري بالتوصيل عبر الجدار المسطح إلى النصف.
الحمل الحراري
من المعلوم أن الهواء الملامس لسطحٍ بارد تنخفض درجة حرارته، وتزداد كثافته نحو الأسفل؛ ويحدث العكس عندما يلامس الهواء سطحاً ساخناً فترتفع درجة حرارته، وتقل كثافته، فتتولد تيارات هوائية صاعدة إلى الأعلى تسمى تيارات الحمل الحراري. وتُحْسَبُ قيمة التدفق الحراري بالحمل الحراري بالعلاقة:
q conv=h.S.(Ts-T¥ )k
توضح هذه المعادلة أن قيمة انتقال الحرارة بالحمل الحراري qconv تتناسب طرداً مع السطح S ومعامل الحمل الحراري h (W.m-2.K-1) الذي يتعلق بسرعة الهواء الملامس للجدار، ومن ثمَّ سيكون انتقال الحرارة عبر الجدار ذا قيمة أكبر من تلك الحالة التي يكون فيها الهواء الملامس للجدار ساكناً، ولذلك فإن وضع طبقة من العازل الحراري المسامي على الجدار سيؤدي إلى تخامد حركة الهواء، ومن ثمَّ ستؤدي إلى تقليل قيمة انتقال الحرارة بالحمل الحراري، كما أن كمية الحرارة المنتقلة بالتوصيل عبر مادة العازل ستكون منخفضة لصغر ناقليته الحرارية.
الإشعاع الحراري
تختلف طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع عن الطريقتين السابقتين لانتقال الحرارة، إذ لاحاجة لوجود وسيط أو مادة لنقل الحرارة بالإشعاع، فالشمس ترسل إلى الأرض ما يقارب k1600 (W.m-2)، على الرغم من وجود فراغ شبه كامل بينهما، وتتعلق شدة الإشعاع الحراري بمساحة السطح المشع S، وبدرجة حرارته المطلقة T (K)، وبالمعامل، وبمعامل الانبعاثية (ε) emissivity الذي يتعلق بطبيعة السطح ولونه، وأكبر قيمة له هي الواحد، وتُعطى شدة الإشعاع الحراري بالعلاقة:
qrad = e.s.s.T4
فالسطح المعدني المصقول جيداً يبث ما يعادل k0.04 مما يبثه سطح معدني غير مصقول عند درجة الحرارة نفسها. أي إن استخدام العوازل الحرارية المصنوعة من المعادن الصقيلة في الفجوة الهوائية التي في جدران البناء سيخفض من قيمة انتقال الحرارة بالإشعاع لصغر قيمة معامل البث للسطوح المعدنية الصقيلة، إضافة إلى انخفاض قيمة انتقال الحرارة بالتوصيل نظراً لضعف التلامس بين الصفائح المعدنية المؤلفة للعازل الحراري.
خصائص مواد العزل الحراري
إن اختيار مادة عازلة معنية يستلزم معرفة خصائصها الحرارية وخصائصها الأخرى كامتصاص الماء وقابليتها للاحتراق وصلابتها 0000 الخ
الخصائص الحرارية
هي قدرة المادة على العزل الحراري ، ويتم قياس هذه القدرة عادة بمعامل التوصيل الحراري ، فكلما قل معامل دل ذلك على زيادة مقاومة المادة لنقل الحرارة والعكس صحيح ، ومن ذلك يتضح أن المقاومة الحرارية تتناسب عكسياً مع معامل التوصيل الحراري . ويتم انتقال الحرارة خلال المادة العازلة عادة بواسطة جميع وسائل الانتقال المعروفة وهي (التوصيل – الحمل – الإشعاع) ويلاحظ أن المواد العاكسة تعتبر مواداً فعالة في العزل الحراري لقدرتها العالية على رد الإشعاعات والموجات الحرارية بشرط أن تقابل فراغاً هوائياً . وتزداد قدرة هذه المواد على العزل بزيادة لمعانها وصقلها ، وغالباً ما تكون المادة العازلة متكاملة مع الجدران والأسقف ، ولمعرفة المقاومة الكلية للانتقال الحراري لا بد من جمع المقاومات المختلفة لطبقات الحائط أو السقف بما فيها مقاومة الطبقة الهوائية الملاصقة للأسطح الداخلية أو الخارجية . وجمع هذه المقاومات يشبه تماماً جمع المقاومات الكهربائية ، فهي إما أن تكون على التوازي أو التوالي ، ويعتمد هذا على موضع المواد في الحائط أو السقف . وإضافة لما ذكر من خواص حرارية فإن هناك خواص أخرى كالحرارة النوعية والسعة الحرارية ومعامل التمدد والانتشار والتي يلزم معرفتها لكل مادة عازلة
الخصائص الميكانيكية
بعض المواد العازلة تتميز بمتانة وقدرة عالية على التحمل ، ولهذا فيمكن أحياناً استخدامها للمساهمة في دعم وتحميل المبنى ، وذلك إضافة لهدفها الأساسي وهو العزل الحراري . لذا يؤخذ في الاعتبار قوة تحمل الضغط والشد والقص .
خصائص الامتصاص
إن وجود الماء بصورة رطبة أو سائلة أو صلبة في المادة العازلة يقلل من قيمة العزل الحراري للمادة ، أي يقلل المقاومة الحرارية كما أنه قد يساهم في إتلاف المادة بصورة سريعة . وتأثير الرطوبة على المادة يعتمد على خواص تلك المادة من حيث قدرتها على الامتصاص والنفاذية ، كما يعتمد على الأجواء المناخية المحيطة بها كدرجة الحرارة ونسبة الرطوبة .
الخصائص الأمنية والصحية
يكون لبعض المواد العازلة خواص معينة منها ما قد يعرض الإنسان للخطر سواء وقت التخزين ، أو أثناء النقل أو التركيب ، أو خلال فترة الاستعمال ، فقد تتسبب في إحداث عاهات في جسم الإنسان دائمة أو مؤقتة كالجروح والبثور والتسمم والالتهابات الرئوية أو الحساسية في الجلد والعينين ، مما يستوجب أهمية معرفة التركيب الكيميائي للمادة العازلة ، كذلك صفاتها الفيزيائية الأخرى من حيث قابليتها للاحتراق والتسامي وغيرها من الصفات .
الخصائص الصوتيـة
بعض المواد العازلة للحرارة قد تستخدم لتحقيق المتطلبات الصوتية مثل امتصاص الصوت أو تشتيته وامتصاص الاهتزازات . لذا فإن معرفة الخواص المرتبطة بهذا الجانب قد يحقق هدفين بوسيلة واحدة نتيجة لاستخدام تلك المواد ، وهما العزل الحراري والعزل الصوتي . إضافة إلى ما سبق من خواص فإن هناك خواص أخرى قد تكون ضرورية عند اختيار المادة العازلة المناسبة كمعرفة الكثافة والقدرة على مقاومة الانكماش وإمكانية الاستعمال لمرات عديدة ، وسهولة الاستعمال ، وانتظام الأبعاد ومقاومة التفاعلات الكيميائية والمقاسات والسماكات المتوفرة ، بالإضافة للعامل الاقتصادي الذي يلعب دوراً هاماً في استخدام أو عدم استخدام تلك المواد العازلة إذ إن سعر المادة العازلة كبير عند الاختيار .
مزايا العزل الحراري
يمتاز العزل الحراري بما يأتي:
- التوفير في استهلاك الطاقة اللازمة لأغراض التدفئة والتكييف، وذلك بتخفيض قيمة الضياع الحراري من البناء والأنابيب والمجاري والتجهيزات.
- المحافظة على درجة حرارة الجدران وأسقف البناء لتوفير راحة الإنسان طوال العام.
- تسهيل عملية التحكم بدرجة حرارة البناء والتجهيزات والعمليات الكيميائية، وتقليل التكاليف التأسيسية لتجهيزات التدفئة والتكييف.
- حماية الأبنية والإنشاءات والتجهيزات من أخطار الحريق والرطوبة والمؤثرات المناخية الخارجية.
- تقليل التكاليف اللازمة للصيانة الدورية للأبنية الناتجة من تأثيرات الحرارة الخارجية والرطوبة.
- منع تشكل البخار على السطوح ذات درجات حرارة أخفض من درجة حرارة نقطة الندى للوسط المحيط.
- تخفيض مستوى الضجة والاهتزازات.
- تقوية بنية الجدران والسقوف والأرضيات في البناء وتدعيمها، والإسهام في النواحي الجمالية المعمارية للبناء.
أنواع المواد العازلة
تقسم المواد العازلة إلى قسمين رئيسين هما:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
مواد عازلة عضوية organic materials
تتمتع هذه المواد بكفاءتها العالية في العزل الحراري، إلاّ أنها تحترق بسهولة؛ ومنها: الپوليستيرين polystyrene بنوعيه الممدد expanded، والمشكل بالبثق extrunded؛ والبولي يوريثان polyurethane، والسللوز الخلوي، والألياف التركيبية، والفليّن وصوف الحيوانات وشعرها، والقطن، والخشب.
مواد عازلة لاعضوية (معدنية) mineral materials
تمتاز بأنها لا تحترق، ولكنها أقل كفاءة من المواد العضوية على العزل الحراري؛ ومنها الصوف الصخري rock wool، والصوف الزجاجي glass wool، والزجاج الليفي fiber glass، والڤيرميكيولايت vermiculite، والپرلايت perlite.
إضافة إلى تصنيع مواد عازلة مركبة composite materials تجمع في خواصها الميزات الجيدة لكلٍّ من النوعين السابقين.
تطبيقات
الملابس
تم اختيار الملابس للحفاظ على درجة حرارة جسم الإنسان. لتعويض الحرارة العالية المحيطة، يجب تمكين الملابس من السماح للعرق من الخروج (التبريد عن طريق التبخر). عندما يتوقع ارتفاع درجات الحرارة أو عند ممارسة التمارين الجسدية، يتصاعد من خلال النسيج يخلق حركة التيارات الهوائية وبذلك تتم عملية التبريد. هناك طبقة من النسيج يعزل قليلا ويبقي درجات حرارة الجلد أكثر برودة من ذلك. لمكافحة البرد والرطوبة ابقاء الجلد رطبا بينما لا يزال من الضروري وضع عدة طبقات من مواد ذات خواص مختلفة ضرورية لتحقيق هذا الهدف في وقت واحد بحيث تكون مطابقة لإنتاج المرء الحرارة الداخلية ولكمية الحرارة المفقودة التي تحدث. والمفتاح هو طبقات لأغراض مختلفة، مثل فقدان حراري يحدث نتيجة للإشعاع، وطاقة الرياح والحرارة في الفضاء وموصل ضعيف. وهذا الأخير هو الأكثر وضوحا في مجال الأحذية حيث عزل ضد فقدان الحرارة.
المباني
تستخدم العوازل الحرارية للتحكم في التدفق الحراري في مجال درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق حتى أكثر من 1650 ْم؛ ففي مجال درجات الحرارة العادية، حالة العزل الحراري للأبنية، يمكن الحصول على نتائج جيدة عند استخدام المواد العازلة المسامية، وقد استعمل الفلّين في هذا المجال كثيراً؛ ولكن مع مرور الوقت استُبدل به مواد بلاستيكية كالبوليستيرين الممدد الذي يحتوي على 97% من حجمه غازاً ساكناً، إضافة إلى الصوف الزجاجي الذي يستخدم اليوم على نطاق واسع، وهناك أسلوب آخر ذو فعالية كبيرة في العزل الحراري يعتمد على استخدام جدار مضاعف للبناء يحجز كمية من الهواء على شكل طبقة رقيقة بينهما، وهذا يسمح بتقليل الضياع الحراري لدرجة كبيرة، ويمكن استخدام الأسلوب نفسه لعزل النوافذ وذلك باستخدام الزجاج المضاعف.
أما في حالة درجات الحرارة الأكثر ارتفاعاً التي قد تصل إلى حدود مئات عدة من درجات الحرارة المئوية؛ فإنه يمكن استخدام الصوف الزجاجي، مع بقاء إمكانية استخدام أسلوب الجدار المضاعف فعّالاً، ويمكن تحسين فعالية هذا الأسلوب بجعل سطوح الجدار المضاعف ذات انعكاسية كبيرة، لأن ذلك يقلِّل الضياع بالإشعاع الحراري، وفي مجال درجات الحرارة المرتفعة جداً؛ فإنه يمكن استخدام أنواع عديدة من العوازل الحرارية، من أهمها الآجر المسامي والخلائط المعدنية التي تكون على شكل بودرة كأكسيد الألمنيوم Al2O3، وأكسيد المغنسيوم MgO الذي يتألف من خليط من كربونات المغنسيوم وألياف الأسبستوس.
أنواع المواد العازلة في المباني
يمكن أن توجد المواد العازلة على عدة صور وهي :
اللباد أو البطانية
يوجد على شكل لفائف طويلة وسماكات مختلفة ، وأغلب اللباد مغلف بالورق أو برقائق معدنية مزودة بإطار من الجانبين لمسك الجوانب ، ويمكن أن تكون الرقيقة المعدنية على وجه واحد من تلك اللفائف ، كما يمكن أن يكون أحد الأوجه مغلفاً بالورق المغطى بالأسفلت أو البيتومين ليعمل كحاجز للبخار أو الرطوبة أو طبقة من الورق الرقيق المثقب على الوجه الآخر. وغالباً ما يصنع اللباد من مواد عضوية تشتمل على ألياف زجاجية . وكذلك يمكن توفر الألياف السليولوزية على هيئة اللباد . ويوضع اللباد على الحائط الداخلي للبناء ، وغالباً ما يستخدم في عزل الأسقف والحوائط . وتوضع في الفراغات بين الحوائط أو الأسقف أو الأسطح المراد عزلها من الحرارة في المباني علي ألا تكون هذه العناصر عرضة للهبوط الغير منتظم وعلي ذلك فيوضع اللباد أو البطانية في الأماكن بين القوائم الخشبية في الحوائط أو بين الكمرات في الأسقف كما أنها تثبت بالمسامير الخاصة بها .
حبيبات الحشو الخفيف
الحبيبات أو الألياف السائبة ( الفيرميكوليت أو البيرليت ): تصب الحبيبات أو الألياف داخل الفراغات بين القوائم في الحوائط الخشبية أو بين كمرات السقف كذلك يمكن ضخ هذه الحبيبات في ثنايا الأماكن الفارغة لعزلها وذلك باستعمال ماكينة خاصة تعمل بضغط الهواء متصلة بخرطوم بلاستيك طرى (الرش) ويجب الحرص والتأكد من ملء الفراغات كلها.
وتتكون هذه المادة العازلة من حبيبات صغيرة ، وعند استخدام عزل الحبيبات فإن معدات الشفط الموجودة في الناقلات الحاملة لهذه المادة العازلة تقوم بشفط الحبيبات وتوجيهها للمكان المطلوب عزله . سائل رغوي بخاخ : توجد هذه المادة على هيئة نوعين : إحداهما : ألياف غير عضوية من النوع اللاصق ، والثاني : يكون من الرشاش العضوي من ألياف الصوف المعدني . ويتم تركيبه بواسطة آلات خاصة مصممة لهذا الغرض ، أما النوع الثاني فيتكون من عبوتين مناسبتين لأغراض الرش .
الألواح الصلبة أو الشرائح=
وهي ألواح صلبة تستعمل كحوائط غشيمة علي الواجهة الخارجية للقوائم الخشبية . كذلك يمكن وضعها علي الواجهة الخارجية للمباني. كما يمكن وضعها فوق السقف المعلق مباشرة، أو وضعها علي علفات لحوائط المباني. كما يمكن وضع هذة الألواح أيضا تحت الطبقة العازلة للرطوبة بالإضافة إلي ذلك يجب مراعاة عزل هذه الطبقة جيدا من التأثر بالرطوبة أو مياه المطر.
البوليستيرين]]
الاسم التجاري ( ستيروبور ) وهي مادة عضوية ذات كفاءة عالية في العزل الحراري وكثافة مرتفعة ويمتاز بمقاومته العالية لنفاذية بخار الماء ومقاومة الحريق الإشعاع ومقاومته الكيماويات . وينتج إما بشكل حبيبات خفيفة الوزن جدا ويباع بالكيلو جرام أو بشكل ألواح مشكلة بطريقة الصب .
الصوف الصخري=
وهو يصنع من مادة صخرية موجودة في الطبيعة حيث يتم صهرها مباشرة في أفران خاصة وتشكيل الناتج علي هيئة لفات وتمتاز بمعامل توصيل حراري منخفض .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
=الصوف الزجاجي
ويمتاز الصوف الزجاجي بأن له معامل توصيل منخفض ويتغير معامل التوصيل حسب الكثافة فكلما كانت كثافة الصوف الزجاجي مرتفعة كلما قل معامل التوصيل، بالنسبة للعزل الحراري في المكيفات يتم استخدام الصوف الزجاجي في الدكتات الخاصة بالتكييف المركزي .
البيرلايت السائب
وهي صخور بركانية زجاجية لها معامل توصيل حراري منخفض ولا تحترق ومتماسكة ويستعمل البيرلايت في عزل الفجوات وفي كثير من الاستخدامات في مجال البناء.
الألواح الصلبة أو الشرائح
وهي واسعة الانتشار ، وتستخدم في المباني لعزل الأسطح والخرسانات الرغوية. وهي ألواح صلبة تستعمل كحوائط غشيمة علي الواجهة الخارجية للقوائم الخشبية . كذلك يمكن وضعها علي الواجهة الخارجية للمباني. كما يمكن وضعها فوق السقف المعلق مباشرة، أو وضعها علي علفات لحوائط المباني. كما يمكن وضع هذة الألواح أيضا تحت الطبقة العازلة للرطوبة بالإضافة إلي ذلك يجب مراعاة عزل هذه الطبقة جيدا من التأثر بالرطوبة أو مياه المطر.
عواكس عازلة
ويعتمد نوع هذا العاكس علي عاكسها الحراري الكبير وليس على تأثير توصيلها للحرارة المنخفضة ومع ذلك فقد يوجد أنواع منها مثبت عليها مواد عازلة مثل اللباد وقد تغلف الرقائق المعدنية هذه المادة العازلة من الوجهين.
العوازل الخرسانية
يوضع ألواح عازلة صلبة أو خرسانة خفافة أو مادة رغاوى البلاستيك في الحوائط والأسقف والأرضيات الخرسانية لتحسين العزل الحراري للمبني.
البلوكات الخرسانية العازلة
وتوضع لعزل الحوائط أو الأسقف.
الحوائط المفرغة
تحتوي الحوائط المفرغة علي هواء فراغي سواء كان لسبب إنشائي أو لغرض عزل الحرارة وعدم فقدها من الحائط فإن الحرارة تنتقل خلال هذا الفراغ الهوائي بطرق الحمل والتوصيل والإشعاع الحراري المذكورين سابقا. فالتيارات الهوائية الناتجة من الحمل الحراري تؤخذ من سطح الحرارة الساخنة وتنقلها إلى سطح الحرارة الباردة. وتأثير تيارات الحمل في تؤخذ من سطح الحرارة الباردة .وتأثير تيارات الحمل في هذه الحالة يقل عاملها بمجرد ما أن يقل حجم الفراغ الهوائي وتكون درجة الحرارة على ما يمكن فيه.
الفلين النباتي
يصنع الفلين من لحاء أشجار البلوط والتي يتم تقطيعها إلى حبيبات ثم توضع في قوالب تحت ضغط هيدروليكي (مكابس) وتنقل بعدها إلى أفران للتحميص مع الضغط للحصول على ألواح من كسيرات الفلين المشبع بالقطران بتخانات مختلفة.
طبقة عزلها للحرارة من ورق الكرافت
تتكون من ورق الكرافت وألواح البلاستيك الممدة ويتم بوضع ورق الكرافت الثقيل ثم طبقة من البيتومين المؤكسد ثم تلصق برص ألواح البلاستيك الممدة على السطح.
طبقة عزله للحرارة من الطين
يتم عمل هذه الطبقة من مخلوط الطين والقش بسمك حوالى (15سم) ويتم تنفيذه بتقسيم السقف إلى حشوات بمقاس (2×2متر) بحواجز من الطوب ثم يصب الطين والقش ويستعمل هذا النوع أيضا في صعيد مصر.
طبقة عازلة من براز البقر
ويستعمل في ريف صعيد مصر وهو نوع رخيص جدا وهو يتكون من (جزء جير بلدي +3أجزاء من براز البقر الحديث ) وتفرش على السطح كمونة بسمك لا يقل عن (7سم).
الطوب الحراري
يمكن أيضا استخدام الطوب الحراري لعزل الأفران والدفايات والمواقد مع استخدام المونة الحرارية.
دهانات بيتومينية فضية
يوجد دهانات بيتومينية فضية اللون عاكسة للحرارة تستخدم بصفة خاصة في السطح المانلة وفى مزارع الدواجن وأسطح المصانع المصممة بطريقة Saw Tooth. • مواد التحكم في أشعة الشمس : الرقائق المعدنية :من هذه الرقائق الأكثر توفرا هي الرقائق الصفائحية التي تجمع بين خواص العزل الحراري والعاكس وخواص حجز الرطوبة والبخار ويمكن أن يشكل التكوين الصفائحي على طبقتين من البيتومين المقوى بألياف والمغلف بورق الكرافت ثم يغطى من إحدى واجهتيه أو كلتيهما برقائق الألومنيوم المصقول بحيث تكون السماكة حوالى 0.4مم ويجب أن تكون هذه الرقائق عند استعمالها مطابقة للمواصفة. الستائر العازلة : كما يمكن وضع الستائر على الزجاج لعزل الحرارة وقت النهار وترفع عنة وقت الليل. الدهانات العاكسة للشمس : هناك عدة أنواع من الدهانات العاكسة لأشعة الشمس بأسماء تجارية 0مختلفة.
يمكن تقسيم المواد العازلة المالئة إلى قسمين: • الألياف السائبة المالئة (الصوف المعدني) وهي مثل: - الصوف الصخري - الصوف الخبثي - الصوف الزجاجي • المواد السائبة المحببة المالئة: - بيرلايت - فيرموكليت - فلين محبب وهناك طرق رئيسية لاستخدام المواد السائبة المالئة هو تفريغ المادة من الأكياس المعبأة بالمادة العازلة بين الحوائط المزدوجة أو على الأسقف وفي الثقوب المعدة لذلك ، في الفجوات بين الحوائط. ويمكن استخدام المواد العازلة المالئة في عزل الحوائط والأسقف الخشبية المزدوجة وكذلك حوائط وأسقف البناء التقليدية ونحن هنا لا نهتم كثيراً بالحوائط والأسقف الخشبية لندرة استخدامها في المباني بمصر.
عزل الواجهات من الحرارة
رغوة البورلوريثين: هذه المادة ناتجة من تفاعل مركبات تحتوى على مجموعات الهيدروكسيلية وتمتاز بخاصية الالتصاق الجيد لمعظم السطوح بشروط أن يكون خلفيات هذه السطوح نظيفة وخالية من الشحوم ويمكن رش مكونات الرغوة السابقة داخل فراغات أو تجاويف أو على المسطحات المعقدة ذات الأبعاد الثلاثة. رغوة اليوريا فورملديهيد :رغوة اليوريا فورملديهيد رخيصة الثمن،فهذه المادة أوسع انتشارا للإستعمال لملء الفراغات السابقة التشكيل ولا يمكن استعمالها بين المواد الصماء التي تسمح بنفاذ الماء الناتج عن عملية الرغوة.
طرق تثبيت وحماية المواد العازلة للحرارة
تلعب طرق تثبيت المواد العازلة للحرارة دورا هاما في قيام العازل الحراري بوظيفته على الوجه الأكمل وتختلف طرق تثبيت المواد العازلة طبقا لنوعيتها وطبيعة ونوع السطح المارد عزلة (حائط ؛سقف، أرضيات،) وهناك طرق عديدة لتثبيت المواد العازلة يمكن إيجازها فيما يلى: 1- التثبيت باستخدام المواد اللاصقة . 2- التثبيت الميكانيكي . 3- التثبيت بالرش . كثير من المواد العازلة للحرارة يمكن استخدامها بالطرق الموصي عليها من قبل الشركات المنتجة وذلك لأن معظم الشركات المنتجة للمواد العازلة تقوم بإصدار نشرات تتضمن كلا من الخصائص الحرارية الطبيعية والميكانيكية كما أن هذه النشرات في كثير من الأحيان تتضمن أنواع المواد اللاصقة التي يمكن استخدامها كما تحتوي هذه النشرات على الشروط التي يجب توافرها عند الاستخدام وكيفية حماية المنتج من العوامل المناخية والبينية المحيطة طبقا لتجارب عديدة أجريت على المنتج بمعرفة الجهات المختصة والباحثين في هذا المجال.
طرق عزل الحوائط بمواد عازلة مالئة سائبة
عند وضع المواد العازلة المالئة في حوائط المباني الحديثة ، تفرغ المادة السائبة في الفتحات الموجودة في الغلاف الخارجي وبعد وضع المواد العازلة يجري التشطيب الداخلي يلاحظ أن يكون ملء الفجوات (شيشة) من أسفل إلى أعلى وعند الوصول إلى الفجوة التي يتم فيها التفريغ تغلق هذه الفجوة ، مع ملاحظة أن تكون مساحة الفتحة صغيرة. ويجب عند وضع المادة العازلة مراعاة الآتي:
1- كثافة العازل متساوية في جميع أجزاء الحائط حتى لا يؤثر ذلك على الخصائص الحرارية للعازل ويمكن الاستفادة من النشرات المرفقة مع المادة العازلة في هذا الشأن .
2- إذا كان هناك حاجة لتركيب حواجز لبخار الماء فيجب تثبيتها في الجهة الساخنة للعازل قبل البدء في تركيب العازل الحراري. 3- إذا كان هناك حاجة لتركيب حواجز للرطوبة فتركب قبل البدء في التشغيل مع مراعاة المحافظة على المادة العازلة (أثناء التركيب) من التعرض للرطوبة والمصادر المائية التي تؤثر على سلوكها الحراري.
طرق عزل الأسقف بمواد عازلة مالئة سائبة
تفرغ المواد العازلة السائبة من أكياسها المعبئة في الفراغات بين الكمرات الموجودة في السقف ويبدأ تفريغ المادة في المكان بعد التشطيب ويجب مراعاة الآتي عند وضعها. - اختيار السمك الأمثل لهذه المادة الذي يفي بالعزل الحراري المطلوب . - يراعى عند تشطيب السقف وضع المادة العازلة وعدم ترك هذه المادة معرضة للعوامل المناخية بوضع البلاط السنجابي الأبيض مع التدقيق على توزيع المادة العازلة بانتظام .
طرق عزل الأرضيات بمواد عازلة مائلة سائبة
لا ينصح باستخدامها في عزل الأرضيات نظراً لتأثيرها الكبير بالأحمال الميكانيكية ويمكن استخدام بلاطات من الفيرموكليت مع الأسمنت بحيث يكون حمل الكسر لها أكبر من الأحمال المتوقعة مع مراعاة ان تكون الانتقالية الحرارية الكلية لهذه البلاطات تفي بالغرض.
الأنظمة الميكانيكية
تعترض عملية العزل الحراري للأوعية والحاويات والأنابيب التي تحتوي الغازات المميّعة عند درجات حرارة منخفضة جداً (حالة التبريد العميق cryogenic) مشكلات حادة تعود إلى انخفاض كمية حرارة التبخر لمعظم هذه الغازات، وخاصة الهليوم السائل (الذي تبلغ درجة حرارة غليانه 4.2 (K) تحت الضغط الجوي)؛ ولعل من أهم التقنيات المستخدمة في هذا المجال: إحاطة الخزان أو الحاوية التي تحتوي على الهليوم السائل بسطح مبرّد بالآزوت السائل بدرجة حرارة تقدر بـ 77 كالفن (K) ويُترك بينهما فراغ يُخلى من الهواء، وبذلك يمكن التخلص من الضياعات الحرارية بالتوصيل والحمل الحراري، ولتقليل الضياع الحراري بالإشعاع تُستَخْدَم معادن صقيلة ذات معامل انبعاثية قريبة من 0.05 (كالفولاذ الصقيل غير القابل للصدأ). يمكن زيادة فعالية هذا الأسلوب بوضع طبقات عدة مؤلفة من عدد من صفائح الألمنيوم الرقيقة المعزولة لمنع انتقال الحرارة بالتوصيل الحراري بدرجة حرارة الآزوت السائل في المجال المفرّغ حول الأجسام المراد عزلها.
المركبة الفضائية
السيارات
العوامل التي تؤثر في الأداء
يستخدم العزل الحراري في المباني على نطاق واسع، وذلك للمزايا التي تتمتع بها المواد العازلة في توفير الطاقة لأغراض التدفئة والتكييف والتبريد[ر]، ولكي يقوم العازل الحراري بعمله في توفير الطاقة فإنه يتوجب اختيار العازل المناسب وفق الأسس العامة لاختيار المواد العازلة التي تقسم إلى العوامل الرئيسة الآتية:
نوع العازل الحراري
عند اختيار العازل الحراري يجب الأخذ في الحسبان بعض خواصه الحرارية والكيميائية مثل: معامل التوصيل الحراري، وسعة الخزن الحراري، ودرجة الحرارة التشغيلية، والتركيب الكيميائي، والمواد المضافة له، وامتصاصيته للماء وانضغاطيته، وأخطاره الصحية، وقابليته للاشتعال والاحتراق، وجودة تصنيعه.
لهذه العوامل أثرٌ مهمٌ في تحديد كفاءة العزل الحراري، فالعوازل الحرارية يجب أن تمتاز بموصلية حرارية صغيرة؛ كما أن العازل الحراري يجب أن لا يتعرض لدرجات حرارة تفوق تحمله؛ لأن ذلك يؤدي إلى تكسره ويفقده أهميته في العزل؛ وهناك علاقة وطيدة بين التركيب الكيميائي للعازل الحراري وثبوتيته للشروط الجوية، ويحّتم ذلك اختيار المادة العازلة التي تتمتع بتركيب كيميائي يزيد من ثبوتيتها وتحملها للعوامل الجوية المتقلبة من ضوء ومطر. وقد تعمل بعض المواد المضافة للعازل الحراري على تقليل كفاءته الحرارية، أو على زيادة قدرته على امتصاص الماء أو تخفيضها، أو تقليل قابليته لتغيير حجوم الخلايا ونسبة الخلايا المغلقة فيه. تكون بعض المواد العازلة قابلة للانضغاط عادة، مما يقلل من كفاءتها في العزل الحراري، وإن اختيار العازل المقاوم للانضغاطية هو العامل المهم؛ خصوصاً إذا كانت الأحمال التي يتعرض لها العازل كبيرة ومستمرة، ومن الأمور المهمة التي يجب أخذها في الحسبان عند اختيار العازل الحراري أن يكون ذا مقاومة عالية للاحتراق وعديم السمية، ولاسيما في بعض الأماكن المزدحمة، مثل: المستشفيات وبيوت العجزة ومدارس الأطفال.
المناخ
تحدد طبيعة المناخ العام نوع العازل الحراري الأمثل المطلوب استخدامه في العزل الحراري للبناء، فالمناطق الحارة نسبياً تتطلب استخدام عازل حراري لا يقوم بوظيفة العزل الحراري في الشتاء وحسب، وإنما تقليل الحاجة إلى التكييف صيفاً؛ أي عازل حراري له سعة خزن حراري عالية، كما أن المناخ الخاص بالموقع ـ من حيث وقوع البناء على رأس جبل مثلاً أو على سفحه؛ والذي يؤثر في تعرض البناء للرياح والمطر والإشعاع الشمسي ـ له أثر مهم في تحديد نوع العازل الحرا ري من حيث ثبوتيته وتحمّله للتقلبات الجوية وإسهامه في منع تسرب الهواء الساخن من الداخل إلى الخارج في فصل الشتاء والعكس في فصل الصيف.
نوعية البناء
يؤثر توجيه البناء في قيمة أحمال التدفئة والتكييف؛ فالبناء المتجه جنوباً يمكن أن يستفيد من الأشعة الشمسية لأغراض التدفئة والإنارة مما يساعد على توفير الطاقة وكلفة العازل الحراري المستخدم، كما أن شكل المبنى يؤثر في مساحة السطوح الخارجية للبناء بما يضمه من زوايا وتعرجات، ويتمّ اختيار المادة العازلة التي تصلح لعملية العزل الحراري لتكون فعّالة في جميع السطوح الخارجية من دون ترك الزوايا بدون عزل.
طبيعة وطريقة إشغال البناء
إن طريقة إشغال البناء وعدد ساعات استخدامه تفرض اختيار مادة عازلة تلائم طبيعة استخدامه، إذ يجب الآخذ في الحسبان استبعاد إمكانية حدوث تكاثف للبخار والماء، ولاسيما في حال غياب فتحات التهوية المناسبة؛ ومن ثمّ يجب أن يكون العازل الحراري أقل تأثراً ونفاذاً للماء والبخار، كما تحدد مواد البناء في كثير من الأحيان نوعية العازل المستخدم من حيث ملاءمة مواد البناء للعازل أو إمكانية إضافة العازل إلى البناء؛ فالحجر مثلاً يصعب عزله من الخارج.
اقتصاديات العزل الحراري
تبدو أهمية العزل الحراري وجدواه الاقتصادية من خلال الوفر في كمية الطاقة المفقودة، والوفر في كلفة العازل الحراري التي تزداد بازدياد سماكته؛ أي الوفر الذي يوفره العزل الحراري في كلفة الكهرباء والوقود المستخدم في عمليتي التدفئة والتكييف بالنسبة للبناء.
فالطاقة الحرارية المفقودة من عنصر البناء من دون عزل تحسب من العلاقة:
Q =U1 ADt
أما في حالة استخدام العزل الحراري، فإن كمية الحرارة المفقودة تعطى بالشكل الآتي:
Qisol =Uisol ADt
حيث إنّ:
Δt فرق درجتي الحرارة الداخلية للبناء ودرجة حرارة الوسط المحيط (ºC ) tin - ta.
Ut وUisol معاملي الانتقال الحراري الإجماليين heat transfer coefficient لعنصر البناء من دون عزل، ومع وجود عزل حراري على التوالي (W.m-2.K4).
تعطى عادة قيمة معامل انتقال الحراري الإجمالي في الحالتين بعلاقات رياضية معقدة:
بالنسبة للعزل الحراري للأنابيب، فإن الضياعات الحرارية تحدث بسبب وجود فرق في درجات الحرارة بين المائع الساخن (ماء ساخن، بخار، هواء.…) ضمن الأنابيب والهواء الجوي الخارجي، وتحسب الضياعات الحرارية من الأنابيب غير المعزولة والمعزولة بعلاقات رياضية محددة أيضاً.
انظر أيضا
المصادر
- ^ طلال قاسم. "العزل الحراري". الموسوعة العربية.
- U.S. Environmental Protection Agency and the U.S. Department of Energy's Office of Building Technologies.
- Loose-Fill Insulations, DOE/GO-10095-060, FS 140, Energy Efficiency and Renewable Energy Clearinghouse (EREC), May 1995.
- Insulation Fact Sheet, U.S. Department of Energy, update to be published 1996. Also available from EREC.
- Lowe, Allen. "Insulation Update," The Southface Journal, 1995, No. 3. Southface Energy Institute, Atlanta, GA.
- ICAA Directory of Professional Insulation Contractors, 1996, and A Plan to Stop Fluffing and Cheating of Loose-Fill Insulation in Attics, Insulation Contractors Association of America, 1321 Duke St., #303, Alexandria, VA 22314, (703)739-0356.
- US DOE Consumer Energy Information.
- Insulation Information for Nebraska Homeowners, NF 91-40.
- Article in Daily Freeman, Thursday, 8 September 2005, Kingston, NY.
- TM 5-852-6 AFR 88-19, Volume 6 (Army Corp of Engineers publication).
- CenterPoint Energy Customer Relations.
- US DOE publication, Residential Insulation
- US DOE publication, Energy Efficient Windows
- US EPA publication on home sealing
- DOE/CE 2002
- Alaska Science Forum, May 7, 1981, Rigid Insulation, Article #484, by T. Neil Davis, provided as a public service by the Geophysical Institute, University of Alaska Fairbanks, in cooperation with the UAF research community.
- Guide raisonné de la construction écologique (Guide to products /fabricants of green building materials mainly in France but also surrounding countries), Batir-Sain 2008-9