شنبه , ۹ اردیبهشت ۱۳۹۶
اعلان

روش های عایق كاری حرارتی ساختمان

جزییات معماری ارایه شده با استفاده از مصالح ساختمانی رایج در کشورهای آمریکا و کانادا و دانش و تکنولوژی جدید مطرح در آن کشورها تهیه گردیده است، که اگر چه مستقیماً قابل استفاده برای مهندسین معمار و مجریان ساختمانی نمی باشد، اما ضرورت دارد که شناخت بیشتری نسبت به تکنولوژی ها و مصالح ساختمانی جدید ایجاد شود، تا مقدمه ای باشد برای تحولی هرچه بیشتر در فن آوری ساختمانی در ایران.

 

صرفه جویی مصرف انرژی در ساختمان

صرفه جویی مصرف انرژی در ساختمان

از زمانی که بحران انرژی در سطح بین المللی مطرح گردید، و کشورهای پیشرفته و مصرف کننده نفت با آن روبرو گردیدند، در تمام این کشورها بحث صرفه جویی در مصرف انرژی بطور جدی مطرح شد و مطالعات و اقدامات زیادی برای پایین آوردن مصرف انرژی به عمل آوردند. در آلمان و اطریش طی پانزده سال گذشته برای جلوگیری از اتلاف حرارت از طریق پنجره ها، اقدام به ساخت پنجره از مواد مصنوعی عایق حرارتی نموده اند. دولت علاوه بر کمک به واحدهای تولیدی برای ساخت این نوع پنجره ها، هرکسی که پنجره های ساختمان خود را تعویض می نمود، و از پنجره های بهینه شده با شیشه دو جداره استفاده می کرد، ۳۰ درصد بهای پنجره های جدید را می پرداخت. در ایران نیز با توجه به محدود بودن منابع انرژی مسئله صرفه جویی در مصرف آن از سال ۱۳۶۸ شروع گردید، و بالاخره در ۱۳۷۰۲ مقررات صرفه جویی در مصرف انرژی» از مجموعهٔ ضوابط و مقررات ساختمانی کشور را تصویب نمود.

طی مصوبه هیئت وزیران، در سال . V مبحث ۱۹ ، صرفه جویی در مصرف انرژی از مقررات ملی ساختمانی ایران تصویب، چاپ و منتشر شد. و این قدمی بود که از طرف دولت و مسئولین برای صرفه جویی در انرژی برداشته می شد.

بدیهی است، به دنبال آن، این وظیفه مراکز علمی و مورد نیاز، و دانش فنی ضروری به کار بردن آنها را شناسایی و ارائه نمایند، تا تدریجا در جامعه این صرفه جویی ها نهادینه شده و جایگاه خود را بدست آورد.

 

۱٫ عایق کردن صوتی و حرارتی ساختمان ها:

یکی از اهداف احداث ساختمان ها و به خصوص مسکن کنترل و تنظیم شرایط محیط زندگی درون ساختمان است که می بایستی از عوامل مختلف جوی ایمن بوده و شرایط آن یکنواخت و تنظیم شده و قابل کنترل باشد. به عبارت دیگر، یک ساختمان می بایستی علاوه بر سایر شرایط، در مقابل تبادل حرارتی و نفوذ گرما و سرما عایق باشد. که از آلودگی های موجود در هوا ورود و خروج هوا از آن جلوگیری شود و با توجه به شرایط جدید زندگی و آلودگیهای صوتی، در مقابل این آلودگی ها نیز عایق و مقاوم باشد. از نظر حرارتی، درجه حرارت مناسب هوای داخل ساختمان بین ۲۰ تا ۲۲ درجه سانتیگراد است، و از نظر سروصدا نبایستی صداهای بیشتر از ۴۰ دسیبلی برای اتاق نشیمن و ۳۰ دسی بالا برای اتاق خواب به داخل ساختمان نفوذ نماید. عایق های حرارتی و صوتی وجه اشتراک داشته و انواع آن عبارتند از پشمهای معدنی به صورت فشرده، یونولیت، پلی اورتان. اگر یک لایه از عایق پشم های معدنی به ضخامت سانتیمتر در درون دیوار به کار برده شود، همان گونه که ضریب انتقال حرارتی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، نفوذ سر و صدا را نیز به میزان قابل محاسبه ای کاهش داده و ایجاد آرامش می نماید. اضافه نمودن عایق در دیوارههای ساختمان اثرات زیادی در جلوگیری از تبادل حرارتی و اتلاف انرژی، و همچنین کاهش نفوذ سروصدا خواهد داشت.

در هوای سرد و هنگامی که باد با سرعت ۳۳ کیلومتر در ساعت بوزد، اگر اطراف در ورودی یک ساختمان درازی برابر با میلیمتر وجود داشته باشد، مقدار اتلاف انرژی برابر۲۴۰۰۰۰ در ساعت خواهد بود. بنابراین باید گفت اولین اقدام برای جلوگیری از اتلاف انرژی در این ساختمان بستن این درز خواهد بود. در ساختمانی که دارای پنجره های زیادی است بیش از ۳۰ درصد مساحت نما، جلوگیری از اتلاف انرژی توسط تغییر در اجرای پنجرهها مفیدتر از تغییر در اجرای دیوارههای بیرونی ساختمان است. برای مثال، در ساختمانی با حدود ۱۵۰ مترمربع زیربنا و با پنجره های بدون شیشه دوبل، مساحت کل پنجره های این ساختمان حدود درصد مساحت

به عبارت دیگر، مساحت پنجره ها ۳۰ متر مربع در مقابل ۹۰ مترمربع سطح دیوار می باشد و اتلاف حرارت از پنجره ها دو برابر اتلاف انرژی از دیوارهای عادی بدون عایق است. در چنین شرایطی، جلوگیری از اتلاف انرژی توسط پنجره ها بیشتر از عایق بندی دیوارها اهمیت دارد، و اگر دیوارها عایق بندی شود و پنجرهها به همین حالت رها گردد، نتایج مورد نظر از عایق بندی حرارتی دیوارها گرفته نخواهد.

 

۲٫ جریان هوا و رطوبت در ساختمان:

امروزه با وجود سیستم های مکانیکی بسیار خوب جهت تهویه در ساختمان ها شرایط درون ساختمان تحت تاثیر عبور هوا از دیوار بیرونی ساختمان است، و یکی از بزرگترین عوامل تخریب پوشش بیرونی ساختمانها نفوذپذیری آنها در مقابل هوا می باشد، که این امر باعث بروز مشکلات زیر خواهد بول : . اتلاف انرژی در زمستان و تابستان . . آلودگی هوای داخل ساختمان. . عملکرد نادرست وسایل کنترل سیستم تهویه. . یخ زدن لوله ها، زنگ زدگی، پوسیدگی و تخریب در اثر یخ زدن . . تخریب در کاری، نقاشی و رنگ کلیه مصالحی که نسبت به رطوبت حساسیت دارند. اینکه نفوذ هوا به داخل ساختمان تاکنون مورد توجه مهندسین معمار نبوده به دلیل آن است که نسبت به حجم هوایی که در عمل از دیوارهای خارجی ساختمان ها عبور می نماید آگاهی ندارند. عبور هوا معمولاً از فضای دارای فشار بیشتر به فضای کم فشار می باشد. در ساختمان ها مکانیسمهای متعدد وجود دارد که فشار هوا را تغییر داده و باعث نفوذ هوا می شود. بعضی از این مکانیسمها عبارتند از: فشار باد، ایجاد حالت دودکش و فشار مکانیکی فشار باد از دو قسمت تشکیل می شود، یکی فشار مثبت در جهت وزیدن باد (عمود بر ساختمان ) و یکی فشار منفی در پشت یا در طرف پناه نسبت به باد. آنچه که بدان توجه نمی شود در واقع وجود مکش و مقدار زیادی فشار منفی در طرف پناه نسبت به وزش باد است. این فشار منفی حالت مکش تولید کرده و مشابه نیرویی عمل می کند که بر بال های هواپیما وارد می شود و باعث پرواز می گردد، و در بعضی شرایط ممکن است چندین برابر فشار مثبت باد باشد.

در شرایط هوای سرد، هوای داخل ساختمان گرم شده و در نتیجه حجم آن زیاد می شود و مقداری از آن با فشار ایجاد شده از درزهای بازشو (درزهای موجود) در ارتفاع بالاتر ساختمان خارج می شود. هوای سنگین تر و سردتر از طریق درزهای موجود در قسمت پائین تر به داخل ساختمان نفوذ می نماید. این حرکت و عملکرد دودکشی است، و مشابه عملکرد بخاریها است که دود از آن خارج می شود.

در ساختمان های بلند درهای ورودی بزرگترین منفذ برای حرکت هوای سنگین تر و سردتر در زمستان به داخل کته مهم در مورد ایجاد اثر دودکشی قدرت سرایت و نفوذ آن است. این فشار در مقایسه با فشار باد خیلی مداوم و یکنواخت است. هر زمان که درجه حرارت داخل ساختمان با بیرون آن متفاوت باشد نفوذ هوا از خارج به داخل یا از داخل به خارج انجام می شود.

منبع دیگری که ایجاد فشار نموده و باعث عبور هوا از خارج به داخل یا از داخل به خارج می شود، تفاوت فشارهایی است که توسط فن ها و بادبزن ها ایجاد میگردد. اگر امکان خارج کردن هوا بوسیله هواکش و دودکشی وجود داشته باشد، آن وقت فشار هوا در داخل ساختمان کم شده و هوای بیرون می خواهد با فشار وارد ساختمان شود. مهندسین مکانیک همیشه خواستار ایجاد فشار مثبت در داخل ساختمان هستند، تا بدین وسیله از ورود هوای خارج همراه با آلودگی ها جلوگیری نمایند. در چنین شرایطی، هوا از جداره ساختمان به بیرون نفوذ می نماید. در یک اطاق متر که دارای دو پنجره است که ابعاد هرکدام از آنها ۱۲۰ ۱۰۰ سانتی متر است، عبور هوا از درزهای این پنجره ها باعث میشود که تقریباً کمی بیشتر از هر دو ساعت هوای اتاق عوض شود. به عبارت دیگر عبور هوا در حدود / لیتر در ثانیه است.

هوا از دیوارهای بلوک سیمانی و آجر که بدون نماسازی و نازک کاری باشد نیز عبور می نماید. دیوار بلوک سیمانی به نظر غیرقابل نفوذ می رسد، اما در عمل مانند یک آبکش عمل می نماید.

میزان عبور هوا از یک درز به عرض میلی متر و طول ۳۰ سانتی متر با فشاری معادل ۷۵ پاسکال در حدود ۱۰ لیتر در ثانیه و در طول ۲۴ ساعت عبور هوا معادل ۸۶۴ مترمکعب خواهد بود. اگر رطوبت متوسط ۳۰ درصد در نظر گرفته شود، این هوا حدود ۵ کیلوگرم آب را از این شکاف عبور می دهد.

 

۳٫ به کار بردن سد هوا- بخار

با وجودی که بند کشی و بتونهکاری و همچنین گچ کاری و سفید کاری بر روی دیوارهای مصالح ساختمانی تا حدودی آنها را در مقابل نفوذ هوا حفظ می نماید، اما چون در اثر خشک شدن مصالح ساختمانی، و در اثر انقباض و انبساط سازه و سایر مصالح ترک هایی در آنها به وجود می آید، برای جلوگیری از عبور هوا و بخار و ایجاد یک عایق مطمئن برای عبور هوا و یک سد برای بخار ضرورت دارد از مصالحی استفاده شود که خود قابلیت انعطاف داشته و در اثر عوامل مختلف در آنها ترک یا پارگی به وجود نیاید.

در هیچ شرایطی نباید انتظار داشت که فیلم پلی اتیلن بتواند به عنوان سد هوا عمل نماید.

عمر مفید آن نامعین است، و در مقابل فشار باد مقاومت ندارد. آن را نمی توان به اجزای سازهای ساختمان چسباند و از

بین اجزای سازهای عبور داده و به اجزای دیگر چسباند.

در حال حاضر بهترین نتیجه از غشاهای قیر و گونی مانند، مثل ایزوگام به دست آمده است. این غشاها با فرمول هایی تهیه شده اند که می توان آنها را روی دیوار حایل آجری یا بتنی، ورقههای گچی یا فلزی چسباند. در مورد ورقه های ایزوگام مانند که با حرارت و ذوب کردن میچسبانند آزمایشهای زیادی انجام شده است. هر سطحی را می پوشاند و سد هوا می نماید و بیشتر از آن در جاهایی که امکان حرکت وجود داشته باشد قابلیت انعطاف نشان می دهد.

از خصوصیات مهم دیگر این مواد آن است که همزمان عایق های رطوبتی و عایق و سد بخار خوبی هستند.

 

۴٫شرایط اجرایی خوب برای سد هوا- بخار، و عایق حرارتی:

۱٫ در جزییات جدار بیرونی ساختمان ها بایستی یک سطح هموار و ممتد برای نصب عایق سد هوا – بخار، احداث شود.

۲٫ سد هوا – بخار می بایستی از جنسی دارای قابلیت انعطاف استفاده شود و به طور ممتد و یکنواخت اجرا گردد.

۳٫ در جاهایی که امکان تغییر شکل سازه وجود دارد مقداری از عایق سد هوا – بخار به اندازه تغییر شکل اضافه در نظر گرفته شود تا در اثر حرکت سازه این سد و عایق قطع نگردد.

۴٫ عایق حرارتی بایستی کاملا به سد هوا – بخار چسبیده باشد، تا هوا به فاصله بین آنها نفوذ ننماید، و سد هوا – بخار همشیه گرم نگه داشته شده و از تعریق در داخل عایق حرارتی جلوگیری گردد.

۵٫ چون از نماسازی های جلوی این عایق های حرارتی آب باران عبور می نماید، بهتر است برای خارج شدن این آب فاصله بین نماسازی و عایق حرارتی وجود داشته باشد.

در جزئیات زیر استفاده از عایق سد هوا – بخار، و عایق حرارتی در قسمتهای مختلف دیوار بیرونی ساختمان نشان داده شده، که بایستی هر دو حالت ممتد را داشته و از شالوده تا روی بام ساختمان کشیده شده باشد. بدیهی است هر کجا این عایق ها قطع گردد، نقطه ضعف برای ساختمان بوجود می آید و در اقلیم های سرد و خشک در همان نقطه تعریق، یخ زدگی و تبادل حرارتی وجود خواهد

 

۵٫ ضرورت به کار بردن عایق حرارتی:

عایق حرارتی چهار مصرف اصلی دارد:

مورد اول کنترل جریان گرما در داخل و خارج از ساختمان است . میزان تغییرات راجه حرارت داری پوشش خارجی ساختمان، در مناطق سردسیر و مناطق گرمسیر کشور زیاد بوده و در این مناطق به مقدار عایق بیشتری نیاز است.

موارد مصرف دوم این عایق، گرم نگه داشتن سد هوا – بخار و جلوگیری از تعریق در ساختمان و نگه داشتن دما، بالاتر از دما یا نقطه شبنم برای مناطق سردسیر است. دمای متوسط دیوار داخلی در زمستان و سرد نگه داشتن دمای متوسط آن در تابستان.

مصرف چهارم جذب مقدار قابل توجهی از ارتعاشات صوتی و جلوگیری از انتقال آلودگیهای صوتی در شهرها، نزدیک خط آهن و اتوبان ها، و مناطق مسکونی نزدیک به فرودگاه ها است.

هدایت حرارت توسط مواد و مصالح ساختمانی:

درجه حرارت معیاری جهت سنجش فعالیت های مولکولی در یک ماده است. فعالیت بیشتر مولکول ها در یک ماده باعث افزایش دما و گرم شدن آن ماده می شود. برای مثال در یک میله فولادی که یک سر آن گرم تر از طرف دیگر آن می باشد، بر اثر برخورد مولکولهای پر جنب و جوش ناحیه گرم فلز با مولکولهای کم تحرک تر قسمت سرد آن میله، باعث هدایت مقداری انرژی از مولکولهای ناحیه گرم به ناحیه سرد می شود. این هدایت گرما در یک میله مسی سریع تر است زیرا قابلیت هدایت مسی نسبت به آهن بیشتر می باشد. اما اگر این میله پلاستیک باشد، به علت پایین تر بودن قابلیت هدایت پلاستیک نسبت به فلزات، هدایت گرما گندتر صورت خواهد گرفت. قابلیت انتقال K) برای بعضی از مصالح عمومی ساختمان :

یک اینچ ضخامت / فارنهایت / فوت مربع / ساعت / BTU قابلیت انتقال

مس ۲۷۰۰ چوب نرم ۰٫۸۰
آهن ۳۱۴ عایق پشم سنگ ۰٫۳۰
بتن ۱۲ تخته های چند لایه ۰٫۲۸
شیشه ۷٫۱۰ عایق پشم شیشه فشرده ۰٫۲۵
سنگ آهکی ۶٫۵۰ عایق یونولیت بام ۰٫۲۰
آجر ۴٫۸ هوا ۰٫۱۸
پلاستیک ۲٫۱-۱٫۴۰

 

جریان هدایت حرارت تنها روش هدایت گرما در یک ماده جامد غیر شفاف است. در ماده یا فضایی که فاقد مولکول هایی ظرف شیشه ای ترموس، حرارت بسیار کمی انتقال می یابد.مواد مصالحی که هدایت دهنده حرارتی خوبی هستند، عایق حرارتی بدی می باشند. مقاومت حرارتی معکوس هدایت حرارتی است. در نتیجه، وجود عایق در دیوار هدایت حرارت و گرما را در آن کاهش می دهد. گرما توسط جابجایی هوا بتوان جلوگیری نمود. در عمل اکثر عایق ها نیز همین کار را انجام میدهند. برای مثال فوم های پلاستیکی که برای عایق به کار برده می شوند، هوا را به صورت حبابهای کوچکی در بین خود حفظ می نمایند. به کار بردن عایق در دیوارههای ساختمان اثرات زیادی در جلوگیری از اتلاف انرژی خواهد داشت، مشروط بر آنکه از نفوذ هوا به داخل ساختمان نیز جلوگیری شود. به عبارت دیگر این دو لازم و ملزوم یکدیگرند و بایستی با هم انجام شوند تا کارآیی مورد نظر را داشته باشند. اگر قطعات فلزی از داخل عایق دیوار عبور نماید، به شکل پل حرارتی عمل نموده و حرارت را از داخل عایق عبور می دهل . هنگامی که هدایت حرارت برابر شود، مقاومت حرارتی به نصف تقلیل خواهد یافت. بنابراین، اتصالات و قطعات فلزی را پل های حرارتی ) باید به حداقل رساند، و حتی الامکان از اتصالات و قطعات پلاستیکی استفاده نمود. یکی از قسمتهایی که تبادل حرارتی زیاد در آن انجام می شود، پنجره است. بنابراین برای صرفه جویی در انرژی، و استفاده می شود، بایستی برای بهبود بخشیدن به عملکرد حرارتی پنجرهها به نکات زیر توجه نمود:

– پنجره های فلزی و آلومینیومی خود حالت پل حرارتی را داشته و مقدار زیادی تبادل حرارتی انجام می دهند.

– پنجره های ساخته شده از مواد مصنوعی مانند P.V.C مقدار قابل توجهی از تبادل حرارتی جلوگیری می نمایند.

– به کار بردن شیشه های دو جداره یا سه جداره تاثیر بسزایی دارد.

– استفاده از پرده کرکره یا پوشش های چوبی بیرون پنجره ها

 

ضرایب انتقال حرارتی قابل قبول و روشں محاسبه آن :

بر مبنای مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمانی حداکثر ضریب انتقال حرارتی دیوارهای پوسته خارجی و سقف ها به شرح زیر گروه بندی شده اند:

گروه۱ : ساختمانهای با صرفه جویی انرژی زیاد و حداکثر ضریب انتقال حرارتی

K = 0.7 [w/m^2 K]

گروه۲ : ساختمان های با صرفه جویی انرژی متوسط و حداکثر ضریب انتقال حرارتی

K = 1.2 [w/m^2 K]

گروه۳ : ساختمانهای با صرفه جویی انرژی قابل قبول، حداکثر ضریب انتقال حرارتی

K = 1.4 [w/m^2 K]

باید توجه داشت که:

R= 1/R+(1/αi+1/α۰) [w/m^2 K]

و برای هر نوع از مصالح :

R= ضخامت مصالح / ضریب هدایت حرارتی=di/λi

و هنگامی که دیواری شامل چندین لایه مصالح مختلف باشد.

R = R1 + R2 + R3 + … + (1/αi+1/α۰) [w/m^2 K]

– ۱٫۷ =مقاومت حرارتی هوای خارج +مقاومت حرارتی هوای داخلی مقاومت انتقال حرارت K حرارتی =(۱/αi+1/α۰)

 

مقاومت انتقال حرارتی :

۱/K = 1/U [w/m^2 K]

مثال :

یکی از روشهای اجرایی که اخیرا برای استفاده از عایق حرارتی برای عایق کردن دیوار خارجی ساختمان ها مرسوم شده استفاده از دیوار دو جداره است که جداره بیرونی آن یک دیوار آجر چینی ۱۱ سانتی متری است، و جداره داخلی دیوار آجر چینی ۲۲ سانتی متری است. جدار بیرونی می تواند آجرنما باشد، و یا بر روی آن نمای سنگی به کار رود.

 

دیوار دوجداره

دیواردوجداره با نمای آجری ۱۱ سانتی متری

ضریب انتقال حرارتی این دیوار به شکل زیر می باشد :

U=k=1/R=1/1.92
U=k=0.52 [w/m^2 K]

جوابی بنویسید

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

*