العزل الحراري | كيف يتم اختيار مواد العزل الحراري المناسبة
العزل الحراري عبر موقع محيط، يستخدم العزل الحراري ليحجب التبادل الحراري الحادث بين الحجرات ذوات درجات الحرارة المختلفة، حيث يفيد في المباني بشكل كبير فيحتوي الحرارة بداخل المبنى بالمكان البارد، ويمنع درجات الحرارة العالية من الدخول في الأماكن الدافئة، ويستخدم بمواد معينة تمتلك خواص ومزايا عازلة للحرارة، وتساعد في هذه الحالة بشكل كبير بمنع التسرب والحد من انتفال الحرارة من الخارج الى داخل المكان في فصل الصيف، ومن داخل المبنى لخارجه في فصل الشتاء، وطرق البناء الحديثة لها دور كبير وكفاءة في عملية العزل الحراري، كالأكياس الرملية، وطريقة البناء بالتربة المدكوكة، والصوف أيضا، وفي هذا المقال سوف نتحدث أكثر عن طريقة العزل الحراري وأنواعه التي ينصح باستخدامها وكل ما يخصه.
معلومات عن العزل الحراري
يعد العزل الحراري طريقة لمنع انتقال الحرارة بين المباني والأجسام بطريقة الاتصال الحرارى أو بطريقة الانبعاث الاشعاعي، ويعرف نقل الحرارة بأنه نقل الطاقة الحرارية المختلفة بين الاجسام (المباني)
وذلك بسبب اختلاف درجة الحرارة بين هذه الأجسام، والحرارة هي شكل مهم وأساسي من أشكال الطاقة، والوسيلة للتخلص من الانبعاث الحراري او الاتصال الحراري هي المعالجة ببعض الطرق كالعزل والطرق الأخرى التي سنذكرها فيما بعد.
اختيار المواد المستخدمة للعزل الحراري هو شيء يعتمد على عدة عوامل أساسية سنعرفها أيضا، كما أن التدفق الحراري هو ناتج عن اتصال الأجسام ببعضها بشرط أن تكون هذه الأجسام درجة حرارتها مختلفة،
والعزل يحل ذلك عن طريق توفير وسيلة محددة لتحدث تدرج بدرجات الحرارة، وذلك يتم من خلال انشاء منطقة معزولة يمكن بها تخفيض درجات الحرارة وانعكاس الاشعاع الحراري لمنع امتصاصه.
بالنسبة للمباني فالمواد العازلة يمكن تحديدها من حيث كمية معينة يتم قياسها للقدرة العزلية بما يعرف بالانتقالية الحرارية، كالهندسة الحرارية التي تستخدم في أنظمة العزل للأفران،
والتوصيل الحراري للمباني، والمفاعلات أيضا، مع العلم ان الحرارة النوعية والكثافة للمنتج من أهم وأفضل المنتجات الرئيسية والتي تؤثر بشكل كبير على عمل العزل الحراري وكفاءته.
كما ان الموصلية الحرارية في حالة انخفاضها تكون مشابهة للارتفاع بالقدرة العازلة، والسيراميك يعد من أهم العوازل التي تؤدي عملية العزل بأفضل طريقة والسليكا أيضا،
يعدوا من أفضل التطبيقات المستخدمة من بين 100 درجة مئوية الى 2000 درجة مئوية، والألياف الزركونيا لها حد أدنى بالتوصيل الحراري لكافة المنتجات الخاصة بالألياف السراميكة، وتستخدم بتطبيقات العزل الحراري الى حد 2000 درجة مئوية.
تطبيقات العزل الحراري
تختار الملابس لهدف أساسي وهو الحفاظ على درجة الحرارة وحماية الانسان من درجة الحرارة المؤذية له، وتعوض الحرارة العالية المحاط بها جسده أيضا،
تسمح الملابس بالعرق وخروجه من جسد الانسان عند ارتفاع درجات الحرارة او ممارسة أي جهد بدني، يتصاعد ذلك عن طريق النسيج لأنه يخلق حركة مستمرة للتيارات الهوائية حتى تتم عمليه التبريد.
طبقة النسيج تعزل قليلا وبذلك تصبح درجة حرارة الجسم أكثر برودة من الطبيعي، والرطوبة تبقي الجلد دائما رطب، وبالتالي يتم وضع طبقات كثيرة
ومختلفة ضرورية لتحقيق هدف في وقت واحد حتى تصبح مطابقة لينتج المرء درجة حرارة داخلية، ولقدر الحرارة العالية الحادثة في جسم الانسان من العوامل الخارجية.
المفتاح لذلك يصبح هو الطبقات لأغراض ضرورية ومختلفة، كالفقد الحراري الذي يعتبر سببه الأساسي الإشعاع، وطاقة الحرارة الحادثة بالفضاء والموصل الغير جيد وطاقة الرياح المتغير،
ويعد الموصل الغير جيد أكثرهم وضوحا بمجال الأحذية، حيث يعد هو العازل الرئيسي الذي يسبب فقدان كبير للحرارة.
العزل الحراري للمباني
يلزم الحفاظ على درجة حرارة مقبولة ومناسبة داخل المباني، وذلك عن طريق عملية التبريد والتسخين، ويستخدم ذلك طاقة كبير من الاستهلاك العالمي عندما يكون المبني غير معزول بشكل جيد، وهناك بعض المزايا للعزل الحراري للمباني، منها:
- توفير كبير بالمال وذلك لزيادة الكفاءة باستخدام الطاقة.
- توفر درجات الحرارة بشكل كبير وذلك لأنها توزع بجميع أنحاء الفراغ بالمبنى.
يوجد نسبة بسيطة وقت التدرج بدرجات الحرارة بشكل عموديا وأفقيا خاصة من الأسقف الخارجية والداخلية، مع العلم أن الجدران
والنوافذ يمكن أن تتم لهم عملية العزل أيضا، وذلك يجعل انتاج البيئة أكثر راحة للمتواجدين بالمبنى اذا كان الجو شديد البرودة أو السخونة، وهذه الميزة هي الأجدر للعزل الحراري.
لدى العزل الحراري حد أدنى بالنفقات المعتادة، على خلاف التبريد، حيث أن العزل لا يتطلب متابعة أو صيانة أو ضجيج بالتعديل بين الحين والأخر، فالعزل يخفف كثيرا من الدجيج الذي يحدث بخارج المبنى مما يجعل البيئة بالمبنى أكثر راحة وهدوء.
يطبق عزل النوافذ بالبيئات شديدة البرود والتدفئة أيضا، وذلك ليمنع الاشعاع الحراري الحادث بفضل الصيف، والخسارة بفضل الشتاء بالصناعة،
كما انه يحافظ على درجة حرارة السوائل والأجسام المتواجدة بالمصانع، وعند الاستغناء عن العزل بالمصانع يسبب ذلك زيادة بالتكاليف، كما يحدث تأثيرات سلبية على البيئة العامة.
تقسيم العزل الحراري
يقسم التبادل الحراري بين المبنى نفسه ودرجة الحرارة بالخارج الى ثلاثة أنواع، وهي:
- الحرارة المخترقة للأسقف وجدران المبنى.
- الحرارة المخترقة لنوافذ المبنى.
- الحرارة المتنقلة من خلال فتحات التهوية الموجودة بالمبنى.
كمية الحرارة المخترقة الأسقف والمباني في فصل الصيف تتجاوز 70%، وباقي الحرارة تأتي من النوافذ والفتحات، والتكييف له دور كبير في خفض درجة الحرارة سواء بالمنزل أو بالمبنى لشعور الموجودين بالمبنى بالراحة بتواجد درجة حرارة مناسبة،
ويقدر نسبة الطاقة المستهلكة لتبريد المكان حتى 70%، وبذلك يمكن معرفة أهمية العزل الحراري الذي يساعد بشكل كبير على خفض استخدام الطاقة الكهربائية على عكس العزل الحراري.
يستخدم العزل في الحد من تسريب الحرارة للمبنى عن طريق الأسقف والجدران للداخل، وتحقق المسكن لجو مناسب بالمبنى بأقل تكلفة ممكنة،
ويرشد أيضا باستهلاك الطاقة الكهربائية بنسبة 40% تقريبا، ويحفظ المبنى بدرجة مناسبة لمدة طويلة دون تشغيل التكييف لمدة طويلة من الزمن.
مزايا العزل الحراري
- الحد من استخدام الطاقة الكهربائية حيث أثبتت من بعض الدراسات العلمية ان العزل الحراري يقلل من استخدام الطاقة الكهربائية بنسبة قد تصل الى 50% على عكس التكيفات.
- يصبح المبنى بدرجة حرارة مناسبة لفترات طويلة دون اللجوء الى التكييف.
- تقلل تكلفة استهلاك الطاقة للأجهزة لأن العزل يسمح باستخدام التكييف لفترات قصيرة.
- يرفع مستوى الهدوء والراحة للمتواجدين بالمبنى.
- يقلل من الضوضاء التي قد تؤثر على الساكنين بالمبنى والتي تحدث من أجهزة التكييف، فالعزل لا يتسبب بأي ضوضاء.
- يحمى المبنى من التقلبات الجوية والتغيرات المستمرة بالطقس، ويقلل من درجات الحرارة المرتفعة والتي تحدث نهارا بسبب الشمس، ودرجات الحرارة المنخفضة الحادثة مساءا خصوصا في فصل الشتاء وبالليل.
- درجات الحرارة تتسبب بإجهاد كبير للمباني واجزاءه، كالنوافذ والأسقف والاجزاء الأخرى للمبنى، حيث تفقد جزء كبير من خواصها الميكانيكية والفيزيائية والطبيعية، مما يحدث تصدعات وشروخ وتشققات بالمبنى.
- يؤدى العزل الى تقليل سمك الأسقف والحوائط لتقليل انتقال الحرارة الى داخل المبنى، كما توفر عبء كبير عن شبكات التوزيع وإنتاج الطاقة بسبب المزايا التي تحدثنا عنها.
الخصائص الحرارية لمواد العزل الحراري
يلزم قبل اختيار المادة العازلة أن تتمتع بجميع الخصائص الحرارية المطلوبة لتوفير هذه المزايا، كالصلابة، والقابلية للاحتراق، وامتصاص الماء، والخصائص الحرارية اللازم التمتع بها لمواد العزل الحراري هي:
- القدرة على العزل الحراري وذلك يقاس بمعدل التوصيل الحراري من خلال المعامل المخصصة لذلك، حيث ان معامل التوصيل الحراري يتناسب عكسيا مع مقاومة المادة لنقل الحرارة خارج المبنى، حيث ان التوصيل الحراري كلما قل كلما زاد معامل التوصيل الحراري.
- تنتقل الحرارة عن طريق المادة العازلة المسئولة عن التوصيل، والمواد العاكسة للحرارة تعتبر هي المواد الفعالة للعزل الحرارة لأن لها قدرة كبيرة للتخلص من الموجات الحرارية والاشعاعات وردها، وتزيد القدر على العزل بزيادة اللمعان والصقل، وعلى الأغلب تكون المادة العازلة للمبنى بالكامل بما فيها من نوافذ وأسقف وجدران.
- حتى تعرف المقاومة الكلية لحدوث الانتقال الحراري يلزم ان تكون جمع المقاومات مختلفة تماما عن طبقات السقف والنوافذ والحوائط، والطبقة الهوائية لأسطح المبنى الخارجية والداخلة، ويعتبر جمع هذه المقاومات شبيه لجمع المقاومات الكهربائية، وذلك يكون اما على التوالي أو التوازي.
- يعتمد ذلك على وضع مواد العزل الحراري على السقف أو الحائط، وهناك بعض الخصائص المميزة للعزل الحراري أيضا كالسعة الحرارية والانتشار والحرارة النوعية والتمدد الحراري أيضا، وتلك الخصائص يلزم توافرها في أي مادة خاصة بالعزل.
كيف يتم اختيار مواد العزل الحراري المناسبة
العوامل المؤثرة على اختيار مواد العزل الحراري يلزم أن تتوافر فيما يلي:
- يلزم أن يكون معامل التوصيل الحراري للمادة العازلة منخفض.
- يلزم ان يتوافر نفاية للمادة للإشعاع، أي أن تكون على درجة عالية من المقاومة.
- يلزم توافر درجة عالية من المقاومة لامتصاص أكبر قدر من بخار الماء.
- يجب توافر درجة حرارة عالية حتى تقاوم الاجهادات التي تحدث نتيجة عن الفروقات الكبيرة بدرجات الحرارة.
- أن تتمتع بالخواص الميكانيكية الجيدة مثل معامل المقاومة للكسر ومعامل أخر هام وهو مقاومة الانضغاط.
- أن يكون العازل مقاوم جيد للعفن والبكتيرية ومضاد للحريق خصوصا في المباني المتعارف انها معرضة للحريق بسهولة.
- يلزم أن يكون التمدد الحراري لها قليل والمادة العازلة ثابتة الأبعاد على المدى الطويل.
- أن تكون مادة العزل مقاومة جيدة للتفاعلات الكيميائية.
- ألا تسبب أي أضرار صحية للأفراد المتواجدين بالمبنى.
أصل مواد العزل الحراري
تقسم المواد العازلة حسب مصدرها الأساسي الى خمسة أقسام أساسية، وهي:
- المادة العازلة ذات الأصل الحيواني: وتكون مستخرجة من شعر الحيوانات وصوفها، ولكن يعد ذلك النوع محدود الاستخدام.
- المادة العازلة ذات الأصل الجمادى: ومعظمة يكون من الصوف الزجاجي، ويعد ذلك النوع من أفضل العوازل الحرارية.
- المادة العازلة ذلت الأصل الصناعي: وتستخرج من البلاستيك والمطاط، ومعظمها يكون من البلاستيك كالنوع البوليورثين الرغوي والبوليسترين الرغوي.
- المواد العازلة ذلت الأصل النباتي: ويعتمد هذا النوع على المواد السيلولوزية والألياف، كالقطن والقصب وغيرهم.
- المواد العازلة بالتقنية النانو تكنولوجيا: وتعتبر هذه المواد من النوع السائل، حيث يدهن بها سطح الأفران، وتعتبر أداة لأذابه الحديد والتخفيف من انبعاث الحرارة من المباني.
قد يهمك أيضا التعرف على: خطوات بناء منزل بالتفصيل وأهم المراحل الخاصة بالبناء
استخدامات مواد العزل الحراري وأنواعها
يوجد العديد من الصور للمواد العازلة، منها:
- السائل الرغوي البخاخ.
- الحبيبات ذات الحشو الطفلي الخفيف.
- مادة اللباد.
- الرغوي الصلب (المكون من شرائح ولوائح).
بالنسبة للباد: يتواجد منه الكثير بالأسواق على هيئة لفائف طويل الحجم وبسمك مختلفة، وأغلب هذا النوع مغلف بالرقائق المعدنية ذات الإطار بالجانبين لميك جوانب العازل، والبعض الأخر يكون مغلف بالورق.
يمكن أن تكون الرقيقة المعدنية بوجه واحد فقط على تلك اللفائف، ويوجد البعض منها بتغليف بورق مغطى بالأسفلت والبعض الأخر بالبيتومين، وذلك لعمل حاجز مناسب للرطوبة والبخار من الأوراق الرقيقة ذات الثقب بالوجه الأخر.
على الأغلب صناعة اللباد تكون من مواد عضوية شاملة على ألياف زجاجية، وفي بعض الأحيان يتوافر الألياف السليولوزية على هيئة مادة اللباد، والمتعارف عليه أن اللباد يوضع على الحوائط الداخلية للمباني، ويستخدم بعزل الحوائط والأسقف بمعظم الأحيان.
