دوشنبه , ۱ آبان ۱۳۹۶
اعلان

تاریخچه عایق حرارتی

عایق حرارتی

عایق حرارتی

از غارها گرفته تا خانه هاي كاملاً عایق شده انسان ها همواره نياز به حمايت دربرابر عناصر طبيعي را احساس كرده اند. منابع اصلي مرتبط با علم عایق هاي حرارتي حقيقتاً يافتن شان مشكل است. و ليكن مواد طبيعي همواره به عنوان پوشش هاي حرارتي ايفاي نقش كرده اند. موارد پيشرفته تر را مي‌توان در پوست پشمي‌خرس هاي قطبي يا پرهاي يك پرنده ، كتان ، پشم ، كاه و حتي موي انسان يافت.
از اين رو انسان هاي اوليه خود را با پوششي از پشم و پوست حيوانات گرم نگاه مي داشتند و خانه هايشان را از مصالحي چون چوب ،‌سنگ، خاك ، و ديگر موارد مي‌ساختند، تا ازسرماي زمستان و گرماي تابستان درامان باشند.
براي هزاران سال اسكلت خانه ها به گونه اي طراحي مي‌شدند تا بهترين سازگاري را با موقعيت آب و هوايي موجود داشته باشند. براي مثال مصري هاي باستان از خاك به عنوان يك عایق استفاده مي‌كردند و در روزهاي گرم دراتاق ها و سرداب هاي خنك زيرزميني استراحت مي‌نمودند۱٫ مورخان بر اين عقيده اند كه رومي‌ها و يوناني هاي باستان براي اولين بار آزبست (پنبه نسوز) را كشف كردند و كاربردهاي زيادي براي آن به خاطر مقاومت اش دربرابر گرما و آتش ارائه نمودند. رومي‌ها حتي از چوب پنبه به عنوان نوعي عایق دركفش هايشان استفاده مي‌كردند تا بتوانند پاهايشان را گرم نگاه دارند. pliny تاريخدان رومي‌قرن اول، از چوب پنبه به عنوان نوعي عایق براي سقف ها يادكرده است. ساكنان اوليه اسپانيا با استفاده از پوست درخت بلوط خانه هاي سنگي شان را مي‌پوشاندند و بوميان آفريقاي شمالي چوب پنبه را با خاك رس مخلوط مي‌كردند و ديوارهاي كلبه هايشان را با آن درست مي‌كردند.
با پيشرفت تكنولوژي خلاقيت انسان ها نيز جهت افزايش آسايش و راحتي بيشتر شد. معرفي اجاق ديواري وشومينه توسط نوروژي ها و ايسلندي ها در قرن هاي ۱۲ و ۱۳ ميلادي گرماي مصنوعي را تحت كنترل انسان درآورد.
آشكار بود كه اين كشف به زودي نه تنها كمك مي‌كرد تا از خروج گرما جلوگيري شود بلكه همچنين كمك مي‌كرد تا بتوان گرما را درخانه نگه داشت. كلبه هاي كاه گلي ساكنان اروپاي شمالي سقف هايي به ضخامت cm 60 داشتند كه از كاه و خاك رس براي كشيدن ديوارها استفاده كرده بودند.
خانه هاي اسپانيايي هاي ساكن جنوب غرب آمريكا يعني جايي كه گرما به ۴۸ تا ۶۰ درجه سانتي گراد مي‌رسيد تقريباً خنك بودند و اين به خاطر استفاده از ديوارهاي كاه گلي به ضخامت چندين سانتي متر بود و به همين صورت ساكنان آب هاي جنوبي كلبه هايشان را بوسيله جلبك هاي دريايي خشك شده مي‌ساختند. فيبر توخالي اين جلبك هاي خشك شده مقاومت حرارتي مناسبي را بوجود مي‌آورد۲٫ فيبرهاي معدني – گروه ديگر از مواد عایق بسيارمهم – براي اولين بار توسط بوميان ساكن جزايرهاوائي به عنوان سرپوشي براي كلبه هايشان استفاده گشت.
اين فيبرها از پسمانده هاي آتشفشاني كه گاز فرار موجود درآنها باعث ايجاد اين فيبرها از گدازه مي‌شد به و جود مي‌آيند.
تنها درابتداي انقلاب صنعتي و اواخر قرن ۱۹ ميلادي بود كه كاربرد تجاري مورد نظر عایق هاي حرارتي به عنوان روندي اصلي شكل گرفت . براي مثال عایق هاي نوع پتويي در فاصله سال هاي ۱۸۹۰ شكل گرفتند. چنين محصولي را كه به عنوان ملافة Cabat مي شناختند توسط ساموئل كيت درسال ۱۸۹۱ معرفي شد. اين محصول متشكل از پوششي حصيري از يك نوع گياه دريايي به جلبك مارماهي كه بين دولايه كاغذ كرافت پيچيده شده بود درست مي‌شد.
قبل (درسال ۱۶۳۵ ميلادي درخانه اي درحوالي ماسا چوست شخصي به نام Pierce از اين نوع گياه دريايي به عنوان لايه اي جهت پوشش چارچوب ها استفاده كرده بود.
پشم معدني براي اولين بار و به صورت تجاري جهت عایق كردن لوله ها درسال ۱۸۴۰ درايالت وال انگلستان و درسال ۱۸۷۵ درآمريكا توليد شد ۳٫تقريباً ۶۰ سال بعد درسال ۱۸۹۷ يك مهندس شيمي‌به نام هال پشم سنگ را توليد كرد. درسال ۱۹۰۱ او اين محصول را به صورت تجاري در كارخانه اي دراسكندريه اينديانا توليد نمود. حال براي توليد اين محصول دست به شراكت زدود درسال محصول ۱۹۲۹ توسط شركت منويك خريداري شد. درسال ۱۹۲۸،‌تنها ۸ كارخانه درايالات متحده مشغول توليد پشم سنگ يا سرباره بودند و تا سال ۱۹۵۰ اين عدد تقريباً به ۹۰ كارخانه رسيد ولي بعد از آن تعداد كارخانه ها كاهش يافته به ۱۵ تا ۲۰ كارخانه كاهش يافت ۴٫
پشم شيشه درابتدا توسط مصريان باستان كه ياد گرفته بودند كه چگونه از شيشه گرم رشته هاي نخي درست كنند كشف شد كه از آن براي تزيين كشتي هايشان استفاده مي¬كردند. تكنيك جديد توليد عایق پشم شيشه درسال ۱۹۳۱ گسترش يافته و به اين صورت بود كه مواد مذاب شيشه از طريق سوراخ هاي ريز با سرعت بسيار هوا دميده مي‌شدند و به فيبرهاي بسيار نازك و دراز تبديل مي‌شوند۵٫ شركت شيشه corning توسط owens-Illinois تنها توليد كننده اين مواد بود كه بعداً به عنوان شركت پشم شيشه owens- corning معرفي و تا سال ۱۹۴۹ كه لايحه مخالفت با تشكيل اتحاديه بزرگ صنايع تصويب شد فعاليت مي‌كرد. عایق حرارتی
خرده هاي چوب عایق مشهور ديگري بودند كه به خاطر دردسترس بودنشان و همچنين هزينه كم درآغازقرن معرفي شدند. خرده هاي چوب اغلب با آهك يا ديگر مواد شيميايي به منظورافزايش درمقابل جذب آب، آتش ، و رشد قارچ ها پوشانده مي‌شدند. اين عایق ها را پشم بالسا مي‌ناميدند كه درحقيقت از خاك اره پيچيده شده دركاغذ بوجود مي‌آمدند و درخانه هاي شمال شرقي آمريكا كاربرد فراوان داشتند.
ساختمان هاي ساخته شده با بسته هاي كاهي از روزهاي ابتدايي جنگ هاي داخلي – آمريكا در بين ايالات هاي جنوبي رواج داشتند. زماني كه درسال ۱۹۰۴ لايحه كين كيد بخش هايي از ايالت بنراسك را براي مزرعه داري و خانه سازي آزاد نمود، كاه اولين ماده موجود و مورد استفاده بوميان بود. براي ساكنان آنجا خانه سازي ضروري مي‌نمود و استفاده از توده هاي كاه بيشتر از هرزماني درآن موقعيت گسترش يافت. اگرچه ساكنان تصميم به ساختن خانه هاي واقعي گرفته بودند و ليكن زماني كه پس انداز كافي بدست مي آورند بيرون اين خانه ها را دست نخورده مي‌گذاشتند و تنها داخل خانه ها را به منظور زيبايي و جلوگيري از خراب شدن آستري مي‌زدند. اين فرآيند گاهاً تا ۱۰ سال طول مي¬كشيد و درنتيجه ديوارهاي بيروني را با پوشش ضخيمي‌از آستري گل ياسيمان مي‌پوشاندند.
ساختمان هاي كاهي دربعضي اوقات پاسخي ضروري و مناسب به فاكتورهاي اجتماعي اقتصادي، طبيعي و قانوني بودند كه درآن منطقه رايج بودند.احداث خط راه آهن درغرب ميانه يكي از عواملي بود كه استفاده از كاه را كاهش داد. راه آهن و تجارت كالا باعث شد تا ساكنان آن نواحي مصالح مورد مصرف درساختمان هايشان را با چوب معاوضه كنند.
عایق هاي منعكس كننده نور كه داراي سطوح متاليك شفاف بودند براي اولين بار درسال ۱۸۰۴ ثبت شد و آلومينيوم به عنوان ماده منعكس كننده قالب شناخته شد و ليكن تا سال هاي ۱۹۳۰ معروفيت پيدا نكرد.
پيدايش عایق هاي تخته اي به سال ۱۹۱۰ باز مي‌گردد. دو نوع محصول نيمه سخت كه از فيبرساخته شده از درخت كتان بودند درمينه سوتا توليد شدند كه به آنها فلتِ فيبري يا فلاكسينوم مي‌گفتند اين عایق ها سرانجام با عایق هاي تخته اي سخت كه براي اولين بار درسال ۱۹۱۴ ساخته شده اند جايگزين گشتند.
استوليت نوعي عایق بود كه از ضايعات چوب كه درطي فرآيندهائي خشك مي‌شدند به وجود مي‌آمد و به عنوان عایقي سبك استفاده مي‌شد. كارخانة استوليت روزانه بالغ بر ۳۰ هزار مترمربع از اين عایق توليد مي‌كرد. درسال ۱۹۲۰ شركت سلوتكس عایقي تخته اي كه از تفاله ني شكر توليد مي‌شد را به بازار معرفي كرد.
اين عایق بعد ازآن با پوششي دريك يا دو طرف با سيمان و پنبه نسوز در برابر آتش مقاوم گشته و عمدتاً براي مصرف درخانه سازي كم هزينه استفاده مي‌شد. عایق هاي تخته اي با دانسيته كم معمولاً از خانواده محصولات فيبري هستند كه از ضخامت تا ۱ اينچ و دربعضي موارد تا ۳ اينچ موجود بودند.
عایق هاي فيبر تخته اي معمولاً به عنوان توفال در ساختمان هاي چوبي به تيرها ميخ مي‌شدند و لايه اي به عنوان پلاستر و حتي دربعضي مواقع به عنوان نازك كاري روي آنها كشيده مي‌شد. در سالهاي ۱۹۲۰ به بعد آگاهي عمومي‌نسبت به ارزش عایق هاي حرارتي تا حد زيادي افزايش يافت . درحالي كه عایق هاي فيبري به عنوان اقتصادي ترين عایق …. در زمان خود تبليغ مي‌شدند عایق هاي تخته اي كم كم دارد بازار شدند و فويل هاي آلومينيومي‌و مسي به عنوان منعكس كننده نور مورد استفاده قرارگرفتند. پشم سرباره ماده اي است كه از دميدن جريان گرم هو ا درسرباره مايع بو جود مي‌آيد. همچنين ممكن است اين ماده را به عنوان پشم سنگ بشناسند كه بعدها به عنوان پنبه نسوز جايگزين شد و چون شباهت زيادي با پنبه سوز داشت به عنوان بهترين جايگزين توسط مهندساني كه با علم كنترل حرارت و گرما سروكار داشتند شناخته شد. از طرفي فايبرگلاسي درميانه سالهاي ۱۹۳۰ توليدش آغازشد.
مدارك و اسناد نشان مي‌دهد كه عایق ها تا قبل از سال هاي ۱۹۲۰ اهميت امروزي و ضروري جهت مصالح ساختماني را نداشتند. مصالح سنگين تر بودند ، و پنجره ها و قاب درها مقاومت كافي را دربرابر آب و هوا بوجود مي‌آوردند . با افزايش استفاده از مصالح ساختماني سبك تر نيازها براي عایق افزايش يافت. معرفي آرام سيستم هاي تهويه جهت طراحي خانه خود باعث افزايش بيشتر نياز به عایق هاي حرارتي شد.
درسال ۱۹۲۸ ساختمان ميلام درتگزاس آمريكا به عنوان اولين ساختمان اداري مرتفع كاملاً تهويه شده معرفي شد. درهمان سال willis carrier اولين دستگاه تهويه مسكوني را كه هوا ساز مي‌ناميدند و گرم كردن، خنك كردن ، مرطوب كردن، تميز كردن ، و چرخش هوا را برعهده داشت درخانه ها نصب كرد. يك سال بعد درسال ۱۹۲۹ بخش سرمايش كارخانه جنرال موتور. اولين دستگاه خنك كننده اتاق را معرفي كرد. توليد كنندگان ديگري چون پورك و جنرال الكتريك نيز شروع به ساخت چنين دستگاه هايي نمودند.
اولين دستگاههاي تهويه مطبوع درسال هاي ۱۹۳۰ ساخته شدند ولي تنها درسال ۱۹۳۶ بود كه شركت فيلكويورك اولين دستگاه خود را با Btu/h 3675 معرفي نمود. درطول دو دهه بعدي شهرت اين دستگاه ها افزايش يافت و فروش آنها به ۳۰۰ هزار دستگاه درسال ۱۹۵۲ رسيد. اوايل سال هاي ۱۹۵۰ سيستم هاي تهويه مطبوع مركزي كوچكتر كه از كندانسور خنك كننده با آب استفاده مي‌كردند به بازار آمدند و مصرف خانگي آنها به سرعت گسترش يافت.
درطول جنگ جهاني دوم استفاده از عایق درساختمان ها به منظور ذخيره فلز جهت تجهيزات گرمايشي و سرمايشي و همچنين صرفه جويي درسوخت اجباري شده احتمالاً اين مورد به خاطر آگاهي بيشتر مردم نسبت به افزايش استفاده ازكاربري هاي عایق در ساختمانهاي مسكوني بود. از طرفي طي گزارش مخصوصي كه توسط وزارت دفاع آمريكا درسال ۱۹۵۷ منتشر شد بر استفاده از عایق ها تاكيد فراوان شد.
درموسسات نظامي‌دورافتاده خانه هاي قديمي‌به كارمندان اجاره داده شد. تحقيقات نشان دادند كه اگر اين ۷۲ هزار خانه براساس استاندارد هاي مناسب حرارتي طراحي مي‌شدند دولت آمريكا كه هزينه گرمايش آنها را پرداخت مي‌كرد مي‌توانست ۵۲ ميليون دلار را درطول يك دوره ۳۰ ساله صرفه جويي كند.
عایق پلي استرين دراصل توسط شركت محصولات شيميايي Dow درا وايل سال هاي ۱۹۴۰ درآمريكا توليد شد. اين عایق را كه به عنوان استيروفوم مي‌شناختند براي اولين بار در جليقه هاي نجات و قايق هاي نجات به عنوان ماده معلق به كار گرفتند چرا كه ساختار كاملاً بسته ي سلولي آن مقاومتش را در برابر جذب آب تا حد بالايي عملي مي‌نمود.
ويژگي هاي اين عایق به همراه مزيت ساختار سلولي منجر به گسترش آن به عنوان عایق حرارتي گشت. كاربري هاي اوليه آن در طبقات سرد ساختمان ها، ديوارها و لوله ها و سقف بود. در سال هاي ۱۹۵۰ تأثير اين عایق بر بخش هاي ديگر صنعت ساختماني گسترش يافته و به عنوان عایق حرارتي در ساختمان هاي مسكوني و تجاري به كار گرفته شد.
در سال هاي ۱۹۷۰ تغييري عمده در سطح آگاهي عمومي‌و حساسيت به ذخيره بيشتر نسبت انرژي بوجود آمد. توليد نفت داخلي آمريكا در سال ۱۹۷۰ به اوج خود رسيده بود كه اين خود باعث وابستگي بيشتر به واردات از خارج بود. بسياري از محققان از تحريم هاي نفتي كشورهاي عربي در سال هاي ۱۹۷۳ و ۱۹۷۴ به عنوان عاملي براي بحران انرژي نام بردند. افزايش ثانويه قيمت نفت در سال ۱۹۷۹ و در پي انقلاب ايران باعث مشاركت مردم در برنامه ريزي هاي جديد مرتبط باانرژي شد دستورات دولت به عنوان لايحه بهبود مديريت انرژي (FEMIA) در سال ۱۹۸۸ خواستار كاهش ۱۰ درصدي مصرف انرژي در هر فوت مربع در ساختمان هاي دولتي بود كه در سال هاي ۱۹۸۵ و ۱۹۹۵ باعث بوجود آمدن لايحه سياست تنظيم انرژي در سال ۱۹۹۲ (EPACT) كشت.
اين لايحه صرفه جويي بيشتر در مصرف انرژي را براي دولت، و مصرف كنندگان خواستار بود. براي مثال دفاتر دولتي مي‌بايست در هر فوت مربع مصرف انرژي خود را تا سال ۲۰۰۰ ، ۲۰ درصد كاهش مي‌دادند. كليه اين موارد باعث آگاهي بيشتر مردم، توليد كنندگان، طراحان، و حتي نصابان عایق نسبت به روش هاي صرفه جويي در انرژي شد.
با توسعه صنعت كاغذ در سال هاي ۱۹۴۰ در آمريكا استفاده از فراورده هاي كاغذي به عنوان عایق متداول شد. از آنجايي كه سلولزهاي كاغذي عایق هاي خوبي در برابر صدا بودند به سرعت به عنوان مواد عایق براي ديگر مصارف معرفي شدند. عایق هاي سلولزي اوليه داراي تكنولوژي فاريبرگلاس امروزي و تجهيزات كاربردي نبودند و از اين رو تنها بخش كوچكي از بازار را به خود اختصاص دادند و اين در حالي بود كه بعد از جنگ جهاني دوم فايبرگلاس محبوبيت زيادي پيدا كرده بود (فيبرهاي سلولزي در قرن ۱۹ به صورت چندين اختراع ثبت شدند ليكن محبوبيت كمي‌به دست آوردند).
به علت بحران انرژي سال هاي ۱۹۷۰ تقاضاي زياد جهت عایق باعث شد تا توليد كنندگان زيادي وارد صنعت سلولز شوند و محبوبيت اين عایق را احياء كنند. همين كه بحران به پايان رسيد تنها تعداد انگشت شماري از اين كارخانه ها به كار خود متعهد ماندند.
عایق فوم فرمال ديهيد اوره (UFFI) در سال ۱۹۶۰ به صنعت ساختمان سازي معرفي شده. شكايت هاي بهداشتي ساكنان خانه هاي عایق شده توسط اين محصول در سال ۱۹۷۸ پديدار گشته و در سال ۱۹۸۰ اين ماده در كانادا به خاطر آسيب دراز مدت به سلامتي ساكنان خانه ها ممنوع شد. (فرمال ديهيداوره) يكي از تركيبات اصلي رزين مي‌باشد و كليه تركيبات آن به علت حلاليت در آب در محيط بسته باعث بروز مشكل مي‌گردد.

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*