مواد عایق به دلیل تاثیر بالا بر کاهش مصرف انرژی و همچنین حفاظت در برابر انواع خوردگی ها نقش بسیار مهمی در صنعت ایفا می کند و بازه گسترده ای از انواع مواد و ترکیبات را در صنایع گوناگون در بر می گیرد. به طور کلی عایق ها پنج دسته مهم عایق های گرمایی یا حرارتی، عایق های رطوبتی، عایق های الکتریسیته، عایق های شیمیایی و عایق های زیستی را شامل می شوند. در این مقاله به انواع عایق ها با تمرکز بر صنعت ساختمان می پردازیم. با کافه ساختمان همراه باشید.
سقف کاذب: عایق صوتی اثربخش در فضای داخلی
اهمیت عایق بندی در ساختمان
صرفه جویی در مصرف انرژی یکی از مهمترین مباحث بهره وری در ساختمان است و عایق کاری ساختمان نقش بسزایی در رسیدن به این هدف دارد. به جز تلفات انرژی، در عایق کاری اهداف دیگری نیز دنبال می شوند. از جمله کاهش آلودگی های صوتی که به ویژه در شهرهای شلوغ و در نزدیکی بزرگراه ها نقش مهمی در آسایش ساکنان ایفا می کند. به طور کلی عایق دارای هشت نقش کلیدی در ساختمان است که عبارتند از:
- کاهش تلفات انرژی و گرم نگه داشتن فضای درون خانه
- کاهش آلودگی صوتی و ایجاد محیط آرام و کم صدا
- حفاظت از ساختمان در برابر آتش سوزی
- افزایش دوام سازه با حفاظت از آن در برابر انواع خوردگی ها و رطوبت
- سازگاری با محیط زیست و همسو بودن با توسعه زیست مدار (Sustainable Development)
- ساخت پذیری (Buildability) مواد عایق و کمتر بودن ضایعات آنها و باقی نماندن درز و شکاف پس از نصب در ساختمان (این ویژگی بیشتر در ساختمان های چوبی مطرح است)
- ایجاد آسایش برای ساکنان با ایجاد هوایی مطبوع در فصل گرم و سرد از طریق جلوگیری از تبادل گرما بین محیط درون و بیرون
- حفظ تندرستی ساکنان با متعادل کردن رطوبت از طریق جذب آن و جلوگیری از رشد انواع حشرات و مخمر ها در فضای خانه
نقش عایق در کاهش تلفات انرژی و هدررفت گرما
عایق کاری نقش بسيار مهمي در گرم نگه داشتن ساختمان در فصل زمستان و خنك نگه داشتن آن در فصل تابستان دارد. به كمك عایق کاری می توان يك خانه را در زمستان 5 درجه گرمتر و در تابستان 10 درجه خنكتر نگه داشت. به اين ترتيب علاوه بر كم شدن مصرف انرژی، از آلودگي محيط زيست نيز كاسته ميشود و منابع انرژی براي استفاده آيندگان حفظ مي گردد.
عامل مهم در انتخاب عایقها، ميزان مقاومت حرارتي آنها است. هر قدر اين مقاومت بالاتر باشد، عایق حرارت را كمتر از خود عبور مي دهد و صرفه جويي ای كه به همراه دارد افزايش مي يابد، پس به جاي ضخامت عایق ها، بايد مقاومت حرارتي آنها با هم مقايسه شود. عایق های گوناگون با مقاومت های حرارتی برابر، از نظر ميزان صرفه جويی در انرژی همانند هستند و تنها اختلاف آنها در قيمت و محل كاربرد است.
فوم بتن: یک عایق حرارتی کارآمد
گروه بندی عایق های حرارتی
عایق های حرارتی دو گروه اصلی دارند كه روش كار آنها كاملا متفاوت است:
- عایق هايی كه در ساختار آنها حباب های هوا وجود دارد و باعث كاهش هدايت حرارت ميشوند.
- عایق هايی كه حرارت را باز مي تابانند. پشت اين عایق ها بايد حدود 20 ميليمتر فاصله هوايي تعبيه شود.
سقف و كف ساختمانهای موجود را مي توان به راحتي عایق كاری كرد. در صورت وجود جای کافی، ديوارهای خارجی را نيز مي توان عایق نمود. بر اساس مقررات ملی ساختمان، تمامي ساختمانهايی كه ساخته می شوند بايد برای کاهش تلفات انرژی سطح مشخصی از عایق بندی گرمایی را راعایت کنند تا پایان کار آنها صادر شود. ميزان عایق مورد نياز نيز در مبحث 19 مقررات ملی ساختمان تعيين شده است.
انواع عایقهای متداول در ساختمان و كاربرد آنها
عایق پشم شیشه
اين ماده از ذوب شيشه و تبديل آن به الياف ريز توليد مي شود. اين الياف به صورت حلقه (رول) يا پانل در آمده و برای مصرف به بازار عرضه می شوند. پشم شيشه در برابر آتش مقاوم است. اين عایق انواع و كاربردهای گوناگوني دارد و نصب آن مطابق با دستورالعمل سازنده انجام مي شود. پشم شيشه به راحتی قابل برش و نصب است.
عایق پشم سنگ
ماده اوليه براي توليد پشم سنگ، مشهورترين سنگ آذرين يعني دياباز يا بازالت است. اين ماده بازمانده فعاليت های آتشفشانی است كه در ايران فراوان يافت می شود. پشم سنگ از پشم شيشه متراكم تر بوده و دارای مقاومت گرمايی بيشتری است. پشم سنگ عایق صوتی خوبی نيز محسوب می شود. توليد، عرضه و نصب اين عایق مانند پشم شيشه بوده و در برابر آتش بسيار مقاوم است.
عایق پلي استايرن حجيم شده
بافت این نوع عایق به شكل نيمه صلب و از دانه های ريز پلی استايرن تشكيل شده است. رطوبت به سادگی در آن نفوذ می كند. اين عایق به سادگي آتش می گیرد بنابراين حتما بايد از دو طرف با مواد مقاوم به آتش پوشانده شود. در بعضی كشورها اين صفحات با پوشش زينتی شبيه كاغذ ديواری يا گچكاری نيز عرضه ميشوند. نوع دیگری از این عایق به صورت قالب ریزی شده تولید می شود که عایق XPS نام دارد. مزیت آن نسبت به پلی استایرن معمولی در نفوذناپذیری بهتر آن نسبت به آب است.
پلي استايرن حجيم شده با پوشش فلزی
همان پلی استايرن حجيم شده است كه از دو طرف با ورقه های آلومينيومی پوشانده شده است. خواص اين عایق مانند پلی استايرن حجيم شده است با اين تفاوت كه مقاومت حرارتی آن به دليل وجود صفحات بازتاباننده آلومينيومی افزايش يافته و در برابر رطوبت مقاوتر شده است.
سرباره
سرباره جزو ضايعات صنعت ذوب آهن است. اين سرباره به شكل گرانول در مي آيد و در سقفهاي بتوني به كار ميرود.
عایق های ورقه ای موجدار
اين ورقه ها به شكل موجدار توليد مي شوند و مي توان آنها را كشيد و به اندازه مناسب در آورد.
عایق های ورقه ای چند لايه
براي توليد اين ورقه ها، چند لايه ورقه آلومينيومی پوشش دار را بر روی هم قرار مي دهند و آنها را طوری به هم مي چسبانند كه بين شان حفره هايی از هوا ايجاد شود. وجود سوراخ در اين ورقه ها كارآيی آنها را به شدت پايين مي آورد. براي عایق كردن ساختمان در فصل زمستان معمولا دو يا سه لايه از اين ورقه ها مورد نياز است. نفوذ گرد و خاك به اين عایق مي تواند مقاومت حرارتی آن را كاهش دهد.
پلی استايرن حجيم شده به همراه بتن
در اين روش بلوك های تو خالی از جنس پلی استايرن حجيم شده با بتن پر مي شوند يا از بيرون روی آنها بتن پاشيده مي شود.
پانل های پيش ساخته
اين مصالح از مواد گوناگوني ساخته شده و به شكل موزاييك يا كاشي به بازار عرضه ميشوند. خصوصيات آنها بسته به نوع محصول بسيار متنوع است. ساندویچ پنل ها از جمله انواع پانل ها هستند که ویژگیهای عایق خوبی دارند.
عایق فوم PVC
ماده عایق كاری حرارتی پلاستیک سلولی كه بر پايه پليمرهای وينيل كلرايد منبسط شده و ساختار سلولي آن شامل سلول هاي اساسا بسته است (استاندارد ملي80 84 بند4-2-8). اين فوم ها مي توانند به صورت نرم، سلول باز، بخشي سلول باز، نيمه سخت و سخت سلول بسته باشند. از نظر قیمتی عایق حرارتي فوم PVC سخت دو برابر گران تر از فوم هاي پلی استايرن و پلي يورتان است. در مقايسه با ديگر پلاستيک های سلول دار به كار رفته در عایق حرارتی، فوم PVC مقاومت انبساطی بالايي داشته و بسيارسخت است. فومPVC سخت عایق حرارتی و صوتی بسيار خوبي بوده و نفوذ بخار و رطوبت به آن بسيار كم است. از آنجا كه مقاومت برشی فوم PVC بالاست سطح آن برای ریختن سيمان و گچ بسيار مناسب است. مزيت عمده فوم هایPVC عملكرد بهتر آنها در برابر آتش نسبت به ساير فوم های پليمری است. از اين رو نوع پانل ها در كاربردهاي دريايي و ساختماني در اروپا پذيرفته شده است.
عایق اسفنج اوره فرم آلدئيد
ماده عایق رزین اوره فرمالدئید، یک عامل فوم ساز است که با استفاده از هوای فشرده شده ساخته می شود. وقتی که مخلوط وارد حفره های ساختمان پمپ می شود اوره و فرمالدوید ترکیب شده و به صورت یک فوم پلاستیکی عایق در می آید. تحقیقات اخیر در مورد این فوم ثابت کرده که این فوم سرطان زا بوده و استفاده از آن خطرات بالایی به دنبال دارد. به همین دلایل امروزه از مواد مدرن تری مانند پلی یورتان (polyurethane) و رزین ملامین فرمالدئید (melamine formaldehyde resin) به عنوان جایگزین برای فوم اوره فرمالدئید استفاده می شود.
عایق سلولزی
عایق اليافي كه از كاغذ، مواد خام تخته كاغی يا چوب با چسباننده ها، كند سوز كننده ها و ساير افزودني ها يا بدون آنها ساخته ميشود (استاندارد ملي8084- بند 4-11). اخيرا، استفاده از عایق هاي سلولزی در ايالات متحده افزايش پيدا كرده است. يكي از دلايل اين افزايش اين است كه نتايج پژوهش ها نشان داده است كه سلولز بهتر از عایق پشم شيشه ساختمان ها را در برابر خسارت ناشي از آتش سوزی محافظت می كنند. زيرا چگالي اين عایق ها بيش از پشم شيشه است در نتيجه اكسيژن لازم برای سوخت اجزای ساختمانی تامين نمي شود. دليل ديگر افزايش مصرف عایق سلولزی گنجايش بالای بازيافت آن نسبت به هر ماده عایق ديگری است.
پشم سنگ
پشم سنگ جزو خانواده عایق های گرما ازنوع معدنی، متشكل از الياف بسيار ظريف است. ماده اصلي اوليه برای توليد اين الياف سنگ آتشفشاني بازالت از خانواده سنگ های آذرين و دولوميت می باشد كه در كشور ما به وفور يافت مي شود. محصول حاصل كاملاً استريل مي باشد و در برابر خطراتی مانند انگل، قارچ، باكتر، و حشرات موذی مصونيت دارد. از آنجایی که پشم سنگ یک عایق سلول- باز به شمار می رود پس از نصب نیازمند یک پوشش بخار بند می باشد. طول عمر پشم سنگ به اندازه عمر ساختمان می باشد. هزینه نگهداری آن حداقل است مگر آنکه دچار آسیب شده باشد. یکی از کاربردهای مهم پشم سنگ استفاده به عنوان ضد آتش می باشد. در حقیقت از این پوشش می توان برای محافظت از سازه های فلزی، چاهک های آسانسور، تاسیسات الکتریکی، راهروهای فرار و غیره در برابر آتش سوزی بهره گرفت.
نانوعایق ها
مصالح عایق نانو که به اختصار NIM یا (Nano Insulation Materials) نامیده می شوند به دنبال پیشرفت در فن آوری نانو تولید شده اند. از جمله مهمترین این نوع عایق ها می توان پوشش عایق حرارتی نانو يا NANSULATE را نام برد که محافظ و عایق حرارتی مناسبی در مقابل هر سه نوع انتقال گرما شامل تشعشع، جابجایی و همرفتی می باشد. با این خصوصیت که می توان از آن براحتی در ساختمان های در دست بهره برداری نیز استفاده نمود و هیچگونه تغییر ظاهری در ترکیب ساختمان ایجاد نمی کند . نانو عایق به عنوان جديد ترين محصول عایق حرارتي توليد شده در جهان بوده كه با استفاده از تكنولوژي نانو توليد مي شود وداراي كمترين ميزان انتقال حرارت در ميان تمام عایقهاي موجود بوده و خصوصيت ويژه اين محصول مايع بودن آن است كه امكان استفاده از آن را توسط هر نوع وسيله رنگ آميزي فراهم مي كند. انواع توليدات اين تكنولوژي با خاصيت چسبندگي بالا امكان پوشش تمام سطوح را فراهم نموده و باعث جلوگيري از خوردگي زير عایق كه مهمترين مشكل لوله هاي عایق شده در صنعت نفت و گاز مي باشد. را فراهم مي آورد. نانو عایق تنها عایق است كه كه به راحتي همانند رنگ بر روي سطوح فلزي و غير فلزي توسط پيستوله، برس و رولهاي نقاشي مي توان استفاده كرد لذا با صرفه هزينه نسبتاًكمي و بدون هيچ گونه تغييري در فضاي ساختمان مي توان از هدر رفتن انرژي جلوگيري نمود. اين عایق انواع مختلفي دارد كه نوع GP آن براي سطوح غير فلزي و نوع PT آن براي سطوح فلزي كار برد فراوان دارد . اين محصول جهت عایقكاري ساختمان هاي مسكوني، تجاري، مخازن، لوله هاي انتقال نفت و گاز و صنعت كشتي سازي به كار مي رود .
مبحث 19 مقررات ملی ساختمان
مطابق با ماده 33 قانون نظام مهندسي كشور مسئوليت نظارت عالي بر اجراي ضوابط و مقررات ملي ساختمان در طراحي و اجراي تمامي ساختمان‌ها بر عهده وزارت مسكن و شهرسازی است. وزارت مسكن بر مبنای اين ماده اقدام به انتشار مقررات ملي در بيست مبحث نموده است كه مبحث 19 آن مربوط به صرفه‌جويي در مصرف انرژي در ساختمان ميباشد. در حال حاضر اجرای مبحث 19 مقررات ملی ساختمان برای تمامی ساختمانهای دولتی اجباری است و اجرای آن برای تمامی ساختمانهای بخش خصوصی واقع در تهران و شهرهای تابعه از سال 1384 اجباری گرديده است. برای ساختمانهای واقع در ساير شهرها و استانها مطابق برنامه زمانبندی اعلام شده الزامی مي باشد.
بر اساس مبحث 19 مقررات ملي ساختمان رعايت موارد زير در ساختمان الزامی است:
- عایق كاری ديوارهاي بیرونی ساختمان
- نصب پنجره‌های دوجداره با قاب های فلزی قطع گرما (Thermal Break)، چوبي و يا PVC استاندارد
- عایق‌كاری كانال‌های هوا، لوله‌های تاسيسات و سيستم توليد آب گرم
- نصب تجهیزات كنترل كننده موضعی همچون شيرهای ترموستاتي بر روی رادياتورها
- نصب سيستم‌های كنترل مركزی هوشمند و مجهز به سنسور اندازه‌گيری دمای هواي محيط
مقدار عایق کاری اجباری در ساختمان
طبق قانون، تمام ساخت و ساز هايي كه در كشور انجام می شود بايد مطابق با مقررات ملي ساختمان باشد كه در سال 1370 به تصويب رسيده است. مبحث نوزدهم اين مقررات مربوط به انرژی و صرفه جويی در آن است كه اجرای آن از تيرماه سال 1381 اجباری شده است. بر اساس اين مقررات، مقاومت حرارتی اجزای بیرونی ساختمان نبايد از یک حد معين پايين تر باشد.
منظور از اجزای بیرونی ساختمان ، ديوار ها و سقف هايی است كه از يک طرف با محيط داخل ساختمان و از طرف ديگر با هوای آزاد در تماسند. بقيه ديوارها يا سقفها مانند ديوارهايی كه اتاقها را از هم جدا می كنند يا سقف های بين طبقات شامل اين مقررات نمي شوند. براي تعيين حد مجاز مقاومت حرارتی اجزای بیرونی، ساختمان ها را به چهار گروه تقسيم مي كنند. اين دسته بندی بر اساس موقعيت جغرافيایی، نوع كاربری، اندازه شهری كه ساختمان در آن قرار دارد و زيربنای ساختمان انجام مي گيرد. سپس ميزان عایق مورد نياز در هر يك از اين گروه های چهارگانه تعيين مي شود. رعايت اين حداقل ها در ساختمان هايي كه از اين پس در مناطق شهری ساخته مي شوند الزاميست و شهرداري ها كه بر اجراي اين مقررات نظارت دارند، گواهي پايان كار را تنها در صورتي صادر ميكنند كه اين موازين رعايت شده باشد. بنابراين اگر مي خواهيد ساختمان جديدی بسازيد يا پيش خريد كنيد حتما از پيمانكار خود بخواهيد اين مقررات را به طور كامل رعايت كند تا پس از پايان كار با مشكل روبرو نشويد.
عایق های حرارتی بر پايه مواد معدنی
تقسم بندي عایق هاي حرارتي با اين زير گروه امكان بررسي ويژگيهای مشترک ميان عناصر آن را فراهم ميسازد . بارز ترين نقطه مشترك اين گروه يافت شدن مواد اوليه آنها چه به صورت خالص و يا ناخالص در معادن بوده و فراوري هاي انجام شده بر روي آن مواد ساختار مولكولي آنها را دگرگون ننموده است. در اكثر انواع عایق هاي اين گروه عنصر سليسيم (si)يكي از مواد اصلي بوده كه ساختار عایق بر پايه آن شكل گرفته است. براي مثال فراوردهاي پشمهاي معدني كه از قديمي ترين و شناخته شده ترين انواع عایق ها است يكي از زير گروهاي آن مي باشد مهم ترين تشابهات در اين گروه عبارتند از :
- تحمل حرارتي بالايي دارندحتي بعضي از آنها را ميتوان جزو مواد دير گداز نيز به حساب آورد.
- عموما سلول باز بوده و جاذب رطوبت مي باشند (در برابر نفوذ رطوبت ضعيف ميباشند)
عایق های سيليكات
اين نوع عایق ها از مواد معدني و الياف سراميكي همراه با ذرات سيليكا و اكسيد فلزات گروه قليايي مانند كلسيم, منيزيوم ويا آلومينيوم كه در دماي بالا به هم دوخته مي شوند ساخته مي شود. اين نوع عایقها به شكل پتوئي و يا به شكل آجري يكپارچه ساخته مي شود. در مقابل شوك هاي حرارتي مقاوم بوده و تحمل دماهاي بسيار بالا را داردو غير قابل اشتعال است. در صورت مجاورت با رطوبت جاذب آن ميباشند كه مي بايست در مقابل آن محافظت شوند.
عایق الياف آزبست
آزبست اليافي است كه از جدا سازي سيليكاتهاي معدنی طبيعی كه داراي ساختار بلوری به شكل رشته هاي باريک است بدست مي آيد. ضريب هدايت حرارتی آن نسبت به عایق هاي ديگر بسيار بالاتر بوده (در حدود W/mc0.06 ) و از اين حيث عایق خوبي نمی باشد اما دليل عمده مصرف آن به علت خاصيت اشتعال ناپذيری آن بوده است. خاصيت سرطان زا بودن الياف و فيبرهاي آزبست ثابت شده به همين دليل اگر در تاسيسات قديمی عایق آزبست مشاهده نموديد از دست زدن به آن خود داری نمایید زيرا فيبرهای آن در هوا پراكنده می شود و برای برداشتن آن با مسئولين بهداشتی مشاوره نمایید.
عایق هایEPDM
اين ماده مخلوط اتيلن، پروپيلن و داين است. EPDM یکی از مصالح ساختماني مناسب براي مناطق سردسير است و حتي در دماهای زير 30 درجه سانتي گراد خصوصيات عالي از خود نشان مي دهد. محدوده دمايي آن منفی 50 درجه سانتیگراد تا 130 درجه بالای صفر است. مقاومت زيادی در برابر ازن دارد، اكسيد شوندگي، پير شدن ناشی از گرما در آن آن كم و در برابر مواد شيمايي آلي و غيرآلي مقاوم است. از معدود نقطه ضعف های این ماده مقاومت كم آن در برابر مايعات مشتق شده از نفت است. در بین فوم ها، EPDM یکی از رایج ترین انتخاب ها است. مقاومت عالي در برابر ازن و هوازدگي دارد. هم چنين مقاومت شيميايي آن در برابر فرآورده های بر پايه غير محلول كم است .
عایق های مركب يا چند لايه
عایق چند لايه تركيبي از 2 يا چند لايه از يك ماده عایق مشخص كه ضخامت لايه هاي منفرد آن ممكن است با هم متفاوت باشند. (استاندارد ملي80 84 بند7-10). گاهي استفاده از ساختار مركب و چند لايه در عایق ها بسيار موثرتر از استفاده از يك لايه عایق با همان ضخامت ميباشد. بكار گيري اين روش امكان مناسبي نيز براي جبران انقباض و انبساط طولي لوله ها در نقاط با درجه حرارت و شوك حرارتي بالا را ايجاد مينمايد. بكار گيري عایق هاي مركب و چند لايه روي اتصالات و پل هاي حرارتي باعث كاهش تلفات حرارت ودر نتيجه ايجاد وضعيت بهتر و كارا تر و افزايش راندمان عایقي ميگردد. ونيز يكي از كاربردهای مناسب اين روش در محل هايي است كه نياز به كاهش ضخامت عایق كاری باشد. در مرحله بازسازی و تعويض عایقهای موجود نيز اين نوع عایقها جايگزين مناسبي تاقي خواهند شد.
عایق میکرو گویچه سرامیکی
از جمله دستاوردهاي فناوری نانو، توليد نانوسراميك ها و استفاده از آنها در صنعت رنگ و پوشش مي باشد. يكي از انواع اين مواد كه در ابعاد نانومتر توليد مي گردد آلومينا سيليكات ها هستند كه در صنعت رنگ به عنوان مواد افزودني عایق مورد استفاده قرار مي گيرد. سراميك ها در ضخامت پوشش و فام رنگ هيچ گونه تاثيری نمی گذارند و بالعكس مي توانند به صورت شگرفي رنگ را تقويت مي نمايند. سطوح پوشش داده شده با اين مواد داراي مقاومت بالا در برابر ورقه اي شدن، خرد شدن، خش و سايش مي باشند. سراميك ها به دليل داشتن جنس خاص مي توانند 95% حرارت خورشيد و 85% اشعه ماوراء بنفش را بازگردانند و بدين ترتيب بصورت لايه اي از فام رنگ محافظت نمايند و عمر پوشش را تا 6 برابر افزايش دهند و از اتلاف انرژي در بناها جلوگيري نمايند. پوشش هاي سراميكي علاوه بر داشتن خاصيت هاي ذكر شده داراي حالت آنتي باكتريال، عایق آب و عایق رطوبت مي باشند. ضريب نفوذ بخار آب در آنها برابر 1 بوده كه بدين ترتيب در مصارف ساختماني مي تواند باعث تنفس ساختمان گردد و در نتيجه باعث افزايش عمر بنا گردد.
