مواد عایق حرارتی در ساخت و ساز بسیار مهم هستند و می‌توانند هم از لحاظ سرمایه و هم از لحاظ طول عمر، تأثیر مستقیمی بر روی سازه داشته باشند. حتی مقامات دولتی و محلی نیز بر استفاده از مواد عایق در ساختمان اصرار دارند و آنها نیز معتقدند که استاندارد سازی ساختمان باید در مورد این مواد عایق نیز صورت گیرد. اهمیت مواد عایق در یک پروژه ساخت و ساز به شکل زیر است:
- از خروج گرما در فصل زمستان و از ورود گرما در فصل تابستان جلوگیری می‌کند؛
- از ورود سر و صدا به داخل ساختمان و انتقال صوت بین آپارتمان‌ها جلوگیری می‌کند؛
- به عنوان ضربه گیر در پروژه عمل کرده و فشار سازه را کم می‌کند؛
- میزان انرژی مصرفی ساختمان را کاهش می‌دهد؛
- در مصرف منابع تجدید ناپذیر صرفه جویی می‌کند.
استفاده از مواد عایق به صورت عایق حرارتی و عایق صوت می‌تواند بسیار مفید باشد و حتی در زمان کنونی ضروری است. اما چه مشخصاتی در مورد مواد عایق حرارتی وجود دارد؟ آیا این مواد از استاندارد خاصی برخوردارند؟ با ما در کارخانه بتن آماده پاسارگاد همراه باشید تا مشخصات مواد عایق حرارتی و برخی از اصطلاحات مربوط به آنها را معرفی کنیم.
مشخصات اصلی مواد عایق حرارتی
در معماری، ماده‌ای که مانع از خروج گرمای داخلی ساختمان شود، معمولاً با عنوان مواد آدیاباتیک کننده یا مواد عایق کننده شناخته می‌شود. از سوی دیگر، موادی که مانع از جریان گرمای بیرون به فضای داخلی ساختمان می‌شوند، با عنوان مواد عایق حرارتی شناخته می‌شود. اما به طور کلی، این دو دسته از مواد با نام مواد عایق حرارتی نامیده می‌شوند و برای آنها از یک استاندارد و لفظ کلی استفاده می‌شود.
این نوع مواد به طور عمده برای دیوارها، سقف‌ها، تجهیزات حرارتی و خطوط لوله حرارتی به کار برده می‌شوند. گاهی اوقات برای حفاظت از گرما و جلوگیری از خروج آن از ساختمان در فصل زمستان، از این مواد استفاده می‌شود. به طور کلی، این مواد را می‌توان در تمامی قسمت‌های یک ساختمان به کار برد و به کمک آن از خروج گرما و یا ورود سرما در فصل زمستان جلوگیری کرد.
از لحاظ علم انتقال حرارت و شیمی، مشخص شده است که جریان گرما از دمای بالا به سمت دمای پایین حرکت می‌کند. به منظور گرم نگه داشتن یک اتاق در فصل زمستان، به علت اختلاف دما، لازم است که همیشه سیستم‌های حرارتی روشن شوند تا گرمای از دست رفته جبران شود. اما زمانی که بحث استفاده از مواد عایق حرارتی می‌شود، این مشکل تا حدودی قابل حل است. به عنوان مثال، یک ساختمان مسکونی ۶ طبقه در چین از یک ساختار پوششی کامپوزیت پنبه معدنی استفاده می‌کند و جالب است بدانید که هدر رفتن میزان گرما در این ساختمان نسبت به سازه‌های ساخته شده با بتن، در حدود ۴۰ درصد است. این امر نشان می‌دهد که مواد عایق حرارتی تا چه اندازه می‌توانند در کاهش هدررفت حرارت و گرمای داخلی نقش داشته باشد.
طبق آمار، یک ساختمان عایق خوب و مناسب می‌توان مصرف سوخت را بین ۲۵ درصد تا ۵۰ درصد کاهش دهد. برای رسیدن به این سطح از عایق بودن پروژه، به سؤالات زیر پاسخ داده شود:
- چه نوع ساختار و سازهای به راحتی گرمای داخلی ساختمان را از دست می‌دهد و برعکس؛
- چگونه ترکیب شدن مواد و مصالح ساختمانی با خصوصیات عایق حرارتی آن در ارتباط است؛
- چه عواملی در خصوصیات عایق حرارتی مصالح ساختمانی نقش دارند؛
- نحوه انتخاب مصالح مناسب به چه صورت است.
سازه‌های محافظت شده از خارج ساختمان، از مصالح ساختمانی مختلفی ساخته می‌شوند که در هر کدام از آنها مسئله هدایت حرارتی و گرمای ویژه به عنوان یک فاکتور اصلی برای تعیین دیوار، سقف، کف و محاسبه مهندسی گرمایی استفاده می‌شود. مواد دارای هدایت حرارتی پایین و گرمای ویژه بالا، می‌توانند به عنوان مواد عایق حرارتی ایفای نقش کنند و در حفظ دمای پایدار داخلی نقش داشته باشند.
نظام و قانون اولیه برای انتخاب مواد عایق حرارتی این است که هدایت حرارتی آنها بسیار پایین‌تر از W/ m*K 0.23 و چگالی ظاهری آنها کمتر از kg/m3 600 و استحکام تراکمی آنها بالاتر از MPa 0.3 باشد. علاوه بر این باید فاکتورهای دیگری مانند پایداری حرارتی و مقاومت خوردگی نیز در محاسبات کلی گنجانده شوند تا بررسی‌های عایق حرارتی به شکل مناسب و دقیق‌تری انجام گیرد.
در مورد مواد عایق ساختمانی چند نکته ویژه و خاص وجود دارد که در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت:
هدایت حرارتی
هدایت حرارتی به صورت اندازه گیری توان انتقال حرارت در مواد مختلف تعریف می‌شود و نشان می‌دهد که یک ماده تا چه اندازه می‌تواند حرارت را از خود عبور دهد. این پارامتر ویژگی‌هایی مانند ساختار ماده، میزان تخلخل، درجه حرارت محیطی و جهت جریان حرارت بستگی دارد.
ساختار ماده
هدایت حرارتی می‌تواند تحت تأثیر ترکیب شیمیایی مواد و ساختار مولکولی آن قرار گیرد. به خاطر داشته باشید که مواد با ترکیب شیمیایی ساده و ساختار مولکولی معمولی، هدایت حرارتی بالاتری نسبت به ترکیبات مولکولی پیچیده‌تر دارند. در حقیقت این ترکیبات مولکولی ساده هیچگونه مقاومتی در برابر عبور حرارت از خود نشان نمی‌دهند و نمی‌توانند به عنوان مواد عایق حرارتی به کار گرفته شوند.
میزان تخلخل
اگر از پنجره‌های دوجداره در منزل خود استفاده می‌کنید، احتمالاً این موضوع را به شکل بهتری درک خواهید کرد و استفاده از پوکه معدنی در ساخت و ساز را می‌فهمید. هدایت حرارتی مواد جامد بالاتر از هوا است. بنابراین هرچه تخلخل یک مصالح ساختمانی بالاتر رود، هدایت حرارتی آن پایین‌تر خواهد بود. البته در این مورد نه تنها تخلخل اهمیت بالایی دارند، بلکه اندازه، توزیع تخلخل‌ها، شکل حفره‌ها و اتصال منافذ نیز باید در نظر گرفته شود.
رطوبت
مواد و مصالح در شرایط مرطوب هدایت حرارتی بالاتری از خود نشان می‌دهند. توجه داشته باشید که اگر آب یخ زده باشد، هدایت حرارتی آن افزایش خواهد یافت. این به این دلیل است که هدایت حرارتی آب ۲۰ برابر بالاتر از هوا است و به همین دلیل وقتی که مصالح ساختمانی مرطوب می‌شوند، باید انتظار داشته باشیم که هدایت حرارتی با سرعت بالاتری انجام گرفته و فضای داخلی ساختمان سریعتر خنک شود. این در حالی است که هدایت حرارتی یخ در حدود ۸۰ برابر بیشتر از هوا است. پس باید توجه داشت که مواد عایق حرارتی باید توانایی ویژه‌ای در محافظت در برابر رطوبت داشته باشند.
درجه حرارت محیطی
هرچه درجه حرارت محیطی بالاتر باشد، هدایت حرارتی نیز به همان ترتیب افزایش می‌یابد (به خاطر داشته باشید که انتقال حرارت همیشه از سمت دمای بالاتر به سمت دمای پایین‌تر است). بنابراین، با افزایش درجه حرارت محیطی، هدایت حرارتی جامدات مولکولی فعال‌تر شده و هدایت گرما از هوا در منافذ نیز تقویت می‌شود و به همین دلیل شاهد انتقال بیشتر گرما در فصل تابستان هستیم.
جهت جریان گرما
در صورتی که یک ماده غیر انعکاسی مانند مصالح چوبی فیبردار در یک ساختمان استفاده شده باشد، حرکت جریان گرما به موازات قرارگیری این الیاف صورت می‌گیرد و به همین دلیل مواد الیافی مقاومت بالایی در برابر حرارت نخواهند داشت. با این حال، اگر این مواد الیافی به صورت مخالف با جریان حرارت قرار گیرند، می‌تواند به عنوان مواد عایق حرارتی عمل کنند و مقاومت آنها به شدت افزایش می‌یابد.
اگرچه این مطلب از لحاظ ساختار چندان ارتباطی با محصولات ما مانند بتن آماده، بلوک سیمانی، گروت ساختمانی و تیرچه و بلوک نداشت، اما در هر صورت نقش مواد عایق حرارتی در یک سازه بسیار مهم است و به همین دلیل در این مطلب سعی کردیم که به طور کامل این موضوع را بررسی کنیم.