رفتن به بالا

پایگاه خبری تحلیلی صنعت و تاسیسات


  • پنجشنبه ۲ آذر ۱۳۹۶
  • الخميس ۴ ربيع أول ۱۴۳۹
  • 2017 Thursday 23 November

عایق های حرارتی

هدف اصلی عایق کاری، کاهش انتقال حرارت با محیط خارج است، بنابراین عایق های حرارتی باید خواص مطلوبی در کاهش نرخ انتقال حرارت به طرق هدایت، همرفت و تابش (تشعشعی) داشته باشند.

هدف اصلی عایق کاری، کاهش انتقال حرارت با محیط خارج است، بنابراین عایق های حرارتی باید خواص مطلوبی در کاهش نرخ انتقال حرارت به طرق هدایت، همرفت و تابش (تشعشعی) داشته باشند.

به منظور درک بهتر این مطلب، در ابتدا هر کدام از حالت های انتقال حرارت را به صورت مختصر تعریف می کنیم.

 

مکانیزم های انتقال حرات:

انتقال حرارت هدایتی

اگر دمای بخشی از جسم از بخش دیگر آن بیشتر باشد حرارت از بخش گرم تر به سمت بخش سردتر جریان می یابد. به این پدیده هدایت می گویند. دراین فرایند انتقال انرژی حرارتی به صورت جریان الکترون های آزاد ویا انتقال انرژی  ارتعاشی ذرات جسم به ذرات مجاور در دمای پایین تر است.

انتقال حرارت جابجایی

اگر سطح جسمی با دمایT1 در مجاورت سیالی با دمایT قرار گیرد بین جسم و سیال حرارتی مبادله می شود که به آن انتقال حرارت جابجایی می گویند.

اگر دمای جسم نسبت به دمای سیال زیادتر باشد ( مانند شوفاژ، هوای اتاق)، انتقال حرارت جابجایی از جسم به سیال انجام می شود. اگر دمای جسم نسبت به سیال کمتر باشد ( مانند هوای اتاق، شیشه سرد پنجره) انتقال حرارت جابجایی از سیال به جسم صورت می پذیرد.

انتقال حرارت تشعشعی

اگر دو یا چند جسم که از سطح خود انرژی منتشر می کنند و در معرض دید هم قرار می گیرند مقداری از انرژی تابش شده هر سطح به سطح دیگر برخورد کند تبادل حرارت انجام می پذیرد. به این روش انتقال حرارت انتقال حرارت تشعشعی می گویند. بنابراین انتقال انرژی بین دو سطح به صورت امواج الکترو مغناطیس است.

 

عوامل موثر در انتخاب نوع عایق:

بعد از شناخت مکانیزم های انتقال حرارت، بایستی راهکارهای کاهش آنها را بررسی کنیم که عایق ها به عنوان موادی که خواص انتقال حرارت را کاهش می دهند، در این راستا مورد توجه اند.

در انتخاب یک عایق حرارتی پارامترهای مختلفی مورد بررسی قرار می گیرند که در ادامه به آنها اشاره و آنها را تعریف می کنیم.

۱- دمای کارکرد (گرم یا سرد) – خواص فیزیکی عایق

۲- مشخصه های فیزیکی مانند ضریب انتقال حرارت، مقاومت فشاری، چگالی و ضریب نفوذ رطوبت و بخار آب

۳- میزان حجم عایق کاری و شرایط عایق کاری در محیط باز یا بسته و شرایط نصب

۴- هزینه

۵- میزان در دسترس بودن (قابل تهیه بودن)

۶- عمر مفید و قابلیت تعویض پس از عمر مفید کاری،استحکام در مقابل تجزیه شدن، نور خورشید و غیره

۷– عکس العمل در برابر اشتعال (در صورت اشتعال پذیری، برخی عایق ها از خود دود و بخارات سمی متصاعد میکنند.)

 

الف – دمای کارکرد

محدوده دمای کاری عایق را شاید بتوان مهمترین پارامتر در انتخاب نوع عایق در نظر گرفت. دمای کاری معمول عایق های حرارتی (Thermal Insulation) بین -۷۳۰ الی +۸۲۰۰ درجه ی سانتی گراد است.

عایق های مربوط به فرآیندهایی که دمای کاری آنها به زیر -۷۳۰ درجه ی سانتی گراد می رسد، به عنوان عایق های سرد شناخته شده و لغت “برودتی” (Cryogenic) برای آنها مورد استفاده قرار میگیرد.

همچنین عایق هایی که در فرآیندهایی که دمای آنها به بیش از +۸۲۰۰ درجه سانتی گراد می رسد، مورد استفاده قرار میگیرند، به عنوان عایق “نسوز”(Refractory) شناخته می شوند.

عایق های گرم

عایق های گرم معمولا برای عایق کاری نواحی و تجهیزاتی مورد استفاده قرار میگیرند که دمای کاری آنها بیشتر از دمای اتاق است.

این عایق ها به عنوان عایق حرارتی مخصوص ساختمان ها و عایق کاری دیوارها و سقف ها نیز استفاده می شوند. از عایق های گرم می توان در عایق کاری خطوط انتقال گرم نیز (مانند موتور خانه ها، سیستم های گرمایش و دودکش ها) استفاده کرد.

عایق های سرد

عایق های سرد اغلب برای عایق کاری خطوط سیستم تهویه و کانال های انتقال سیالات استفاده می شود. این نوع عایق ها اکثرا ضریب نفوذ آب و بخار بسیار پایینی دارند و در نتیجه مانع از چگالش (تبرید) بخار می شوند. این ویژگی آنها برای عایق کاری سردخانه ها,یخچال ها و خنک سازها, عایقی ایده آل را معرفی می کند.

محدوده دمای کاری این نوع عایق ها به طور متوسط بین ۱۰۰- الی ۱۰۰ درجه سانتی گراد می باشد. در صورتی که دمای محیط یا خط انتقال لوله , از محدوده دمای کاری بالاتر نرود, می توان از این نوع عایق ها در عایق کاری خطوط گرمایش مانند شوفاژ و موتورخانه نیز استفاده کرد.

در انتخاب نوع عایق، باید حتما دقت شود که محدوده دمای کاری سطحی که قرار است عایق شود درون محدوده دمای کارکرد عایق (که در مدارک فنی سازنده یا مراجع مختلف ذکر شده است) باشد. لازم به ذکر است که دمای کاری، در تعیین هزینه ها و سود عایق کاری نیز نقش مهمی ایفا می کند.

 

ب – مشخصه های فیزیکی

ضریب انتقال حرارت، استحکام فشاری و ضریب نفوذ رطوبت از جمله مهم ترین مشخصه های فیزیکی تاثیرگذار در انتخاب عایق محسوب می شوند. هرچه ضریب انتقال حرارت عایق کمتر باشد (و یا در مقابل، هرچه مقاومت حرارتی عایق بالاتر باشد)، عایق در مقابل انتشار و انتقال حرارت مقاوم تر بوده، برای عایق کاری مناسب تر و میزان سود عایق کاری نیز بالاتر خواهد بود.

نکته ای که در مورد ضریب انتقال حرارت باید در نظر داشت این است که ضریب انتقال حرارت با افزایش دما، افزایش می یابد. معمولا در مدارک فنی تولیدکنندگان، ضریب انتقال حرارت در دمای محیط (+۲۳۰ درجه سانتی گراد) ارائه می شود.

باید به خاطر داشت برای محاسبه مقدار سرمایه برگشتی و سود عایق کاری، باید ضریب انتقال حرارت در شرایط عملی را در محاسبات وارد نمود.

استحکام یا مقاومت فشاری عبارت است مقدار فشاری (تنش) که عایق می تواند تا رسیدن به نقطه تسلیم، تحمل نماید. استحکام فشار از آنجا که تابعی از درجه حرارت است، در انتخاب نوع عایق تاثیرگذار خواهد بود، چرا که با افزایش دما، استحکام فشاری بسیاری از مواد کاهش می یابد.

معمولا تغییرات دمایی، تاثیرات چشم گیری بر مقاومت فشاری می گذارند. به همین دلیل در انتخاب نوع عایق، باید دقت شود که عایق تحت بار نباشد و اگر در شرایط کاری، تحت بار است، می بایست استحکام فشاری آن در محدوده دمای کاری، بیش از بارگذاری باشد.

-ضریب نفوذ رطوبت و بخار آب (که با واحد perm مشخص مشود)، از دیگر پارامترهای مهمی است که در انتخاب نوع عایق، تاثیر مستقیم و بسیار مهمی دارد. نفوذ رطوبت به درون عایق، ضریب انتقال حرارت آن را افزایش می دهد و در موارد شدیدتر، عایق خاصیت عایق بودن خود را به طور کامل از دست می دهد.

همچنین، رطوبت زیاد و دمای بسیار پایین، باعث بروز پدیده چگالش (برفک زدن – Condensation) می شود.

بنابراین، در صورتی که دمای فرآیند پایین است یا محیط رطوبت نسبی بالایی دارد و یا اگر قرار است عایق در محیط باز نصب شود، باید دقت شود که عایق در مقابل رطوبت مقاوم باشد و در صورت امکان، پوشش های رطوبتی نیز به فهرست اقلام عایق کاری اضافه شوند.

چگالی از جمله عوامل دیگری است که می تواند در انتخاب عایق تاثیرگذار باشد. البته بسیاری از عایق ها، چگالی ثابتی دارند و انتخاب نوع عایق تابع مستقیمی از چگالی ماده عایق نیست اما چگالی برخی مواد عایق، مانند پشم سنگ، متغیر است و تولیدکنندگان این نوع عایق ها، چگالی های مختلفی را در بازار عرضه می کنند.

از آنجا که چگالی، تاثیر مستقیمی بر دیگر پارامترها، از جمله ضریب انتقال حرارت، ضریب نفوذ رطوبت و استحکام فشاری دارد، می تواند در انتخاب نوع عایق تاثیر گذار باشد.

معمولا مواد با چگالی بالاتر، ضریب انتقال حرارت کمتر، ضریب نفوذ رطوبت و استحکام بیشتری دارند و ضریب انتقال حرارت نیز، با افزایش دما کمتر تغییر می کند. در نمودار زیر، تغییرات ضریب انتقال حرارت پشم سنگ در دو چگالی مختلف در دماهای مختلف نشان داده شده است.

پ – حجم عایق کاری، شرایط عایق کاری و نصب

میزان حجم عایق کاری و شرایط نصب، می توانند در انتخاب نوع عایق تاثیر مستقیم بگذارند. بسیاری از عایق ها برای عایق کاری سطح ها و حجم های بسیار زیاد مناسب نیستند و یا هزینه عایق کاری بسیار گران خواهد شد، همچنین برخی شرایط نصب ایجاب می کند، انواع خاصی از عایق ها مورد استفاده قرار بگیرند. مثلا عایق کاری شکل­های نامنظم و پیچیده و یا فضای بین دو دیواره که راهی به خارج ندارد و یا دسترسی به آن مشکل است، تنها با استفاده از عایق های تزریقی در محل، قابل انجام است.

ت- هزینه و در دسترس بودن

هزینه از مهمترین پارامترهایی است که در انتخاب عایق نقش مهمی دارد. البته لازم به ذکر است که سرمایه عایق کاری معمولا کمتر از یکسال جبران خواهد شد، اما به هرحال سرمایه اولیه می تواند برای طراح محدودیت ایجاد کند. در محاسبه هزینه عایق کاری، باید هزینه خود ماده عایق، عایق کاری (نیروی انسانی و مواد و تجهیزات مورد نیاز نصب) و همچنین هزنیه های نگهداری پس از نصب، لحاظ شوند.

در دسترس بودن نیز از دیگر عوامل تاثیرگذار بر انتخاب عایق است. چه بسا ممکن است عایق انتخاب شده اصلا در بازار فعلی موجود نباشد و یا مدت زمانی که تامین کننده می توان آن را فراهم کند، مقید در محدوده زمانی مناسب نیست.

ث – عمر مفید کاری

عمر مفید کاری می تواند در انتخاب نوع عایق موثر باشد، اگرچه عمر مفید انواع مختلف عایق ها تقریبا در یک محدوده است. مقاومت در مقابل ماوراء بنفش (در صورتی که عایق کاری در محیط باز انجام شده باشد)، رطوبت، تجزیه شدن، آلودگی های قارچی و میکروبی، گرد و خاک، سایش و غیره، از عوامل مهم در تعیین عمر مفید کاری عایق محسوب می شوند. لازم به ذکر است که عمر زیاد عایق، خاصیت عایق بودن آن را می کاهد.

ج – اشتعال پذیری و سمی بودن

برخی شرایط طراحی ایجاب می کند که عایق در مقابل خطراتی چون آتش سوزی، دارای حداقل مقاومت بوده و استاندارد باشند. به خصوص در صورتی که عایق برای مکان های مسکونی و عمومی، چون بیمارستان ها، کتاب خانه ها، مساجد و غیره استفاده می شوند، حتما باید استانداردهای مقاومت در مقابل آتش سوزی و عدم انتشار گازهای سمی را دارا باشند.

ضخامت مناسب عایق

اینکه عایق چه ضخامتی داشته باشد که هم بتواند از پس عایق کاری برآمده و هم هزینه اضافه دربر نداشته باشد، برای طراح از اهمیت ویژه ای برخورد است.

محاسبه ضخامت مناسب عایق با توجه به روابط انتقال حرارت و شرایط مرزی و محیطی، به راحتی قابل انجام است که به زودی وبسایت ارکان ارزش با توجه به انجام پروژه های تاسیساتی متعدد، طراحی و محاسبات کامل و عملی یک ساختمان بزرگ را همراه با نقشه های تاسیساتی در اختیار علاقه مندان این حوزه قرار خواهد داد.

اخبار مرتبط

نظرات

مصاحبه های اختصاصی ویکی پی جی