عایق چیست؟

پشم سنگ

عایق چیست؟

هر چیزی که مانع عبور جرم ،انرژی و مومنتم شود را عایق گویند.

در حقیقت عایق ها در سه دسته جایگذاری طبقه بندی میشوند که امروزه با توجه به افزایش مصرف انرژی و مواجهه شدن با کمبود انرژی در سال های درپیش رو و عدم امکان بازیافت انرژی و هزینه های بالای تحمیل شده بیشتر به بحث بهینه سازی مصرف انرژی پرداخته میگردد که این تنها با استفاده از عایق هایی که باعث کاهش عبور و انتقال انرژی میشوند امکان پذیر است. عایق ها در سه دسته عایق رطوبتی و عایق حرارتی و عایق صدا مهمترین بحث مورد بررسی جهان است.

 

عایق حرارتی

تأسیسات گرمایی، برای کم کردن تلفات حرارتی سطوح مختلف ساختمان، لوله‌ها، کانال‌ها و مخازن و جلوگیری از نفوذ رطوبت و انتقال صدا، از مواد و مصالحی به نام «عایق» استفاده می‌شود. عایق‌های حرارتی مصالحی هستند که برای جلوگیری از انتقال حرارت استفاده می‌شوند و عایقها دو گروه اصلی دارند که روش کار آن‌ها کاملاً متفاوت است:

  • عایق‌هایی که در ساختار آن‌ها حبابهای هوا وجود دارد و باعث کاهش هدایت حرارت می‌شوند.
  • عایق‌هایی که حرارت را بازمی تابانند. پشت این عایقها باید حدود ۲۰ میلی‌متر فاصله هوایی تعبیه شود.

با پیشرفت تکنولوژی و لزوم احداث ساختمان‌های سبک‌تر لازم شد که ضخامت جداره‌ها به حداقل کاهش یابد؛ در پی آن مسئله گریز حرارت از پوسته خارجی بنا مطرح شد؛ بنابراین به منظور کاهش هزینه ایجاد گرما و سرما، با قرار دادن عایق حرارتی در پوسته ساختمان‌ها ضریب هدایت حرارتی مجموعه را به میزان قابل توجهی کاهش داده‌اند. اصولاً حرارت به سه طریق انتقال می‌یابد:تابش، همرفت هدایت. در دو طریق اول یک محیط گازی یا خلأ برای انتقال گرما لازم است؛ ولی روش سوم انتقال در اثر تماس اجسام با یکدیگر صورت می‌گیرد. انتقال حرارت از جداره‌های خارجی ساختمان به شکل هدایت حرارت، مهمترین عامل اتلاف یا کسب حرارت در ساختمان‌های معمولی است.

 

صورت‌های مختلف عایق‌های حرارتی

  1. عایق‌های انباشتنی:این عایق به دو صورت الیافی یا دانه مرکب وجود دارد. الیاف شامل:پشم شیشه، پشم سنگ و…
  2. عایق پتویی:این عایق از جنس پشم سنگ، پشم شیشه، پشم سرباره، پشم چوب و پشم حیوانات در ضخامت‌های متفاوت تا ۱۰۰ میلی‌متر و به عرض‌های مختلفی بریده می‌شوند. این نوع عایق‌ها برای عایق کاری مخازن و لوله‌ها استفاده می‌شود.
  3. عایق‌های قطعه‌ای:ای نوع عایق از نظر مصالح مشابه عایق‌های پتویی هستند ولی طولشان کمتر. برخی از آن‌ها پوشش کاغذی دارند که در دو لبه به صورت نوار روی قطعات را می‌پوشانند وئ نصب آن‌ها را در قاب آسان‌تر می‌کنند. این نوع عایق در بین دیوارها و پشت مصالح استفاده می‌شود.
  4. دال‌های عایق:دال‌های عایق به صورت قطعات سخت ساخته می‌شوند و ابعاد آن‌ها تا حدودی از عایق‌های قطعه‌ای کوچکتر است. گاهی اوقات به صورت چند لایه ساخته می‌شوند.
  5. عایق‌های منعکس‌کننده:معمولاً از سطوح فلزی ساخته می‌شوند و ممکن است با پشت بند یا بدون آن به کار روند.
  6. عایق‌های پاشیدنی:از اختلاط تارها یا سایر مصالح ریزدانه و متخلخل با انواع ماده تهیه می‌شوند. این مواد چسبنده به مناسبت کاربری آن انتخاب می‌شوندو در نقاطی از ساختمان که شکل یا وضع قرار گرفتن عناصر به ترتیبی است که استفاده از آن‌ها را طلب می‌کند، پاشیده می‌شود.

انواع مصالح عایق حرارتی متداول

  • الیاف معدنی:این ماده از خرد کردن دانه بندی سنگ آتش فشانی دیر ذوب ساخته می‌شود. پشم معدنی از لحاظ ابعاد پایدار است و علاوه بر غیر نم گیر و بی‌بو بودن امکان رشد قارچ یا کپک را فراهم نمی‌سازد. در ضمن، این ماده اشتعال ناپذیر، عایق خوب حرارت و صوت است.
  • پشم شیشه:عبارت است از الیاف بسیار نازک تارهای شیشه که تقریباً به هم متصل‌اند. این الیاف را پس از سرد شدن با همدیگر دسته می‌کنند و روی کاغذ کرافت، سربی، قیری یا تور الیاف دار قرار می‌دهند. خصوصیات این مواد اشتغال ناپذیر و پایداری ابعاد، بی‌بویی و غیر نم‌گیری است.
  • پشم سنگ:متداول‌ترین و سالم‌ترین عایق حرارتی است و منشأ آن سنگ‌های آذرین می‌باشد.

 

خواص مصالح عایق حرارتی

مواد و مصالح عایق حرارتی باید از نظر شکل ظاهری یک نواخت، بدون عیب و عاری از موادی باشد که مورد هجوم حشرات، قارچ‌ها و دیگر ارگانیزم‌ها قرار می‌گیرند.

انواع عایق‌های حرارتی از نظر جنس

  • پشم شیشه: این ماده با وزش بخار آب بر روی الیاف تهیه شده از شیشهٔ مذاب تهیه می‌شود. جرم مخصوص آن بین ۸ تا ۱۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب و حداکثر درجه حرارت کار آن ۶۰۰ درجهٔ سانتی گراد است.
  • پشم معدنی: عایق پشم معدنی با وزش بخار آب روی الیاف تهیه شده از سنگ آهک خاک رس دار گداخته یا سربارهٔ ذوب آهن تهیه می‌شود. برای عایق کاری دمای پایین، پشم معدنی به وسیلهٔ یک ورقهٔ کاغذ قیر اندود پوشیده می‌شود. برای دمای بالا، از پشم معدنی مجهز به ورق آلومنیمی یا توری گالوانیزه استفاده می‌شود.
  • پشم سنگ: این عایق از سنگ‌های طبیعی سیلیس دار ساخته می‌شود. پشم سنگ از عبور الیاف سنگ مذاب از میان بخار آب یا هوای گرم ساخته می‌شود. دمای حد کاربرد آن ۸۵۰ درجه سانتی گراد است. کاربرد پشم سنگ، مانند پشم معدنی است.

عایق‌کاری ساختمان در ایران

طبق ضوابط مسکن و شهرسازی، تمام ساخت و سازهایی که در ایران انجام می‌شود باید مطابق مقررات ملی ساختمان سال ۱۳۷۰ انجام گیرد و از تیرماه سال ۱۳۸۱ اجرای ضوابط مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان که مربوط به صرفه‌جویی

انرژی است را رعایت کنند بر اساس این مقررات، مقاومت حرارتی اجزای خارجی ساختمان نباید از حد معینی پایینتر باشد.

عایق صوتی

هر وسیله‌ای برای کاهش فشار صوتی با توجه به صدای منبع و گیرنده را عایق صوتی (Soundproofing) می‌گویند. چندین روش اساسی برای کاهش صدا وجود دارد: افزایش فاصله بین منبع و گیرنده، با استفاده از موانع سر و صدا برای منعکس یا جذب انرژی از امواج صوتی است، با استفاده از سازه‌های میرایی مانند تیغه‌های صوتی و…

 

فواید استفاده از عایق صوتی

  • بهبود صدا در یک اتاق (اتاق بدون پژواک)
  • کاهش نشت صدا به / از اتاق مجاور یا خارج از منزل
  • آکوستیک آرام بخش
  • کاهش سر و صدا
  • کنترل سر و صدا
  • محدود کردن سر و صدای ناخواسته

single-blog-01

انواع عایق های حرارتی

 

  1. عایق های الاستومری ((Elastomeric (EPDM & NBR)

عایق های الاستومری از جمله مواد سلولی انعطاف پذیر سلول بسته بوده و برپایه پلی وینیل کلراید (PVC)، نیتریل بوتادین رابر (Nitrile Butadiene Rubber -NBR) و یا اتیلین پروپیلن دیان مونومر رابر (Ethylene Propylene Diene Monomer – EPDM) ساخته می شوند.

لاستیک NBR که با Buna-N و Perbunan نیز شناخته می شود، یک لاستیک سینتتیک متشکل از پلیمر آکریلونیتریل (ACN) و بوتادین است. نام های تجاری آن عبارتند از نیپل (Nipol)، کرایناک (Krynac) و یوروپرن (Europrene).

لاستیک EPDM لاستیکی سینتتیک و الاستومری بوده و کاربردهای وسیعی دارد. لاستیک های EPDM معمولا مقاومت حرارتی بسیار خوبی فراهم می آورند. مواد عایق سلول بسته مقاومت بسیار عالی در مقابل عبور بخار آب از خود نشان می دهند به طوری که پس از نصب، به هیچ گونه حائل بخار – آب دیگری نیاز نیست. خاصیت مقاومت زیاد در مقابل بخار، به همراه خاصیت تابش بالای لاستیک اجازه می دهد که مواد سلول بسته انعطاف پذیر با ضخامت نسبتا کمی از چگالش سطحی جلوگیری کنند. در نتیجه، از این گونه مواد به مقدار متنابهی در سیستم های سرمایش، لوله کشی ها و تهویه استفاده می شوند. البته از اینگونه مواد می­توان در خطوط آب گرم و گرمایش نیز استفاده نمود.

عایق های الاستومری، گرچه نسبت به پشم سنگ و یا پشم شیشه گران ترند، ولی به دلیل بی نیاز بودن از پوشش مضاعف (Jacketing) برای کاربردهای دمای پایین بسیار مقرون به صرفه می باشند. پایداری بسیار بالایی دارند. سریع ترین راه برای عایق کردن سیستم های لوله کشی آماده و ساخته شده، استفاده از عایق های الاستومری است. این گونه عایق ها، ضریب انتقال حرارت بسیار پایینی داشته و انعطاف پذیر می باشند و برای محیط هایی که فضای کاری کمی داشته باشند، بسیار مناسب هستند.

کاربردهای مواد عایق سلول بسته انعطاف پذیر:

 

کاربری بسیار مناسب عایق های سلولی انعطاف پذیر، در سیستم های تهویه مطبوع، گرمایش و سرمایش، کانال های آب و هوا و خنک سازها مشهود است. مواد الاستومری برای کاربردهایی که در آنها چرخه های حرارتی از گرم به سرد و بلعکس به طور مرتب وجود دارد، بسیار مناسب اند. در صورت داشتن ضخامت مناسب، می توان از این عایق ها در فرآیندهای فوق سرد (Cryogenic) نیز استفاده کرد هرچند احتمال خرد شدن عایق وجود دارد.

مزایای عایق های الاستومری:

  • مقاوم در مقابل آلودگی، گرد و خاک، رطوبت و بخار آب و در نتیجه مقاوم در مقابل آلودگی های بیولوژیکی
  • پایداری زیاد
  • مقاوم در مقابل اوزون و ماوراء بنفش
  • مقاوم در مقابل خوردگی
  • ضریب انتقال حرارت بسیار پایین
  • نصب آسان به همراه خودبست، بسیار مناسب برای محیط هایی که جای کاری زیادی ندارند
  • بدون فیبر و بدون تولید ریزگرد و غبار
  • انعطاف پذیر
  • غیر سمی
  • جکتینگ ها و پوشش های خارجی متنوعی برای آنها وجود دارد
  • قابلیت چسبندگی و پذیرش رنگ بالا
  • مقاوم در مقابل فشار و ضربه

 

معایب عایق های الاستومری:

  • قیمت بالاتر نسبت به پشم سنگ و پشم شیشه
  • مواد عایق سلول بسته الاستومری از جمله مواد ترموست (Thermoset) هستند بدین معنی که در مقابل افزایش دما و یا مجاورت طولانی با گرمای زیاد، به تدریج دچار شکست و واپاشی می شوند. چنانچه دما افزایش یابد، مواد الاستومری به تدریج الاستیسیته (انعطاف پذیری) خود را از دست می دهند و بدون هیچ گونه تغییر ابعادی قابل توجهی، ترد می شوند (و در اثر ضربه ممکن است بشکنند). اما در صورتی که دما دوباره پایین آمده و در محدوده مجاز کاری باشد، مواد الاستومری خاصیت الاستیسیته خود را بازیافته و باز انعطاف پذیر می شوند.
  • معمولا ضریب انتقال صوت مواد سلولی انعطاف پذیر از پشم سنگ و پشم شیشه بیشتر است (عایق آکوستیک نیستند)، چراکه چگالی و صلبیت آنها از پشم های معدنی و شیشه بیشتر است.

 

  1. پشم سنگ و پشم سرباره (Rockwool & Slagwool)

پشم سنگ یا پشم معدنی, ماده ای غیر ارگانیک و غیر فلزی بوده که از فیبر های بسیار نازک سنگ های آتش فشانی مانند بازالت و دولومیت به همراه مقدار سرباره کوره های آهن, ساخته می شود. این ترکیب, بیش از ۹۷% محصول نهایی را تشکیل می دهد. مقدار ۲ تا ۳ درصد از ترکیب را مواد ارگانیک, شامل رزین های ترموست ( به عنوان نگهدارنده و چسب ) و مقدار کمی روغن تشکیل می دهند. سنگ در دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد ذوب شده و بر روی غلتک هایی که با سرعت زیاد می چرخند, ریخته می شود. در این حالت سنگ مذاب به الیاف بسیار نازک به ضخامت ۶ الی ۱۰ میکرومتر تبدیل می شود. به این ترتیب پشم سنگ از دسته عایق های الیافی و فیبری محسوب می شود و خواص عایق حرارتی , صوتی و ضد آتش بسیار خوبی از خود نشان می دهد.

پشم سنگ را می توان با چگالی های مختلف,ابعاد و اندازه های متفاوت و در شکل های متنوع تولید نمود. دامنه محصولات پشم سنگ از پشم خام که به صورت فله ای در محفظه دیواره ها وارد می شود, تا به شکل های لوله ای, تخته ای, پتویی و لحافی گسترده بوده و محصولات با و یا بدون پوشش های خارجی عرضه می شوند.

کاربردهای عایق پشم سنگ شامل صنعت ساخت و ساز, صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی, صنایعی که در آنها درجه حرارت بسیار بالایی وجود دارد, کوره ها و اجاق ها, کانال های هوای گرم, گازهای شیمیایی و دودکشها, مخازن روغن, دیگ های بخار و پاتیل های مذاب و زمینه های متنوع دیگر می شود. ضریب مقاومت حرارتی پشم سنگ تا ۸ برابر بیشتر از بتون غیر مصلح است همچنین هزینه پشم سنگ از بسیاری از عایق های پلیمری یا ارگانیک کمتر و دردسترس ترین عایق برای صنایع داخلی محسوب می شود.

استاندارد: ASTM C547 برای مقاطع لوله ای – ASTM C553 برای پتویی – ASTM C612 برای تخته ای

خواص پشم سرباره بسیار نزدیک به پشم سنگ بوده و تنها تفاوت آن در ماده تشکیل دهنده آن است.

یکی از بزرگ ترین مزایای پشم سنگ این است که نه تنها پشم سنگ خواص عایق حرارتی بسیار خوبی دارد, بلکه به عنوان عایق صوتی و ضد آتش نیز به کار کی رود. ساختار الیافی پشم های معدنی , خواص آکوستیک و جذب صوت بسیار خوبی برای این نوع عایق ها فراهم می آورد. همچنین مقاومت دمایی بسیار بالای پشم سنگ و خاص عدم انتشار دود و شعله آن , این نوع عایق ها در زمره عایق های ضد آتش قرار می دهد. به این ترتیب ,پشم سنگ به عنوان عایق حرارتی,صوتی و ضد آتش , بهترین نوع عایق برای ساختمان سازی , اعم از مسکونی, اداری , بیمارستان ها , مدارس , کتابخانه ها, ورزشگاه ها, مساجد, رستورانها و غیره, محسوب می شود.

از دیگر مزایای عمده پشم سنگ در کشور ما,در دسترس بودن و قیمت ارزان آن نسبت به سایر عایق هاست. به این ترتیب, پشم سنگ و پشم سرباره, پر مصرف ترین نوع عایق در صنایع مختلف , عمدتا صنایع نفت و گاز و پتروشیمی بوده و مناسب ترین نوع عایق برای عایق کاری های بسیار حجیم به شمار می رود.اگر پشم سنگ در فضای خارجی و روباز نصب می شود و یا در مکان هایی که رطوبت نسبی در آنها بالاست, حتما باید پوشش خارجی بر روی آن نصب گردد. خوشبختانه, پوشش های خارجی بسیار متنوعی از جمله فویل های الومینیومی, کاغذ کرافت و پوشش های پارچه ای نسوز برای پشم سنگ و پشم سرباره وجود دارد.

کاربرد پشم سنگ:

  • پر مصرف ترین نوع عایق حرارتی گرم می باشند
  • عایق کاری ساختمان ها, بنا ها و سازه ها
  • عایق کاری گرم مخصوص صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی, خطوط لوله و فرآیندهایی که دمای سیال در آن بالا میباشد.
  • عایق کاری کوره ها, اجاق ها, پاتیل ها و مخازن حرارتی , کانال های گاز گرم

 

 

  1. الیاف سرامیکی

این محصولات از الیاف آلومینو سیلیکات تولید می شوند که به علت قابلیت انعطاف پذیری و انتقال حرارت مناسب بیشترین کاربرد در صنایع را به خود اختصاص داده است از مشخصات و ویژگی های مناسب این الیاف که دارای کد HP  به معنای (High Purity) و   HZ به معنی  (High Zirconium) می باشد، استحکام کششی متناسب با انواع پوشش های عایق است.

این محصول معمولا در صنایع پتروشیمی و عایق کوره هایی که با تکنولوژی Radiation (که فرایند عملیات Cracking مواد آلی در لوله های UPVC است) و در صنایع متالورژی و در کوره های پیش گرم کارخانجات فورج انجام می دهند کاربرد دارد.

الیاف سرامیکی در حقیقت فیبرهای سیلیکات آلومینیوم می باشند که از ذوب و دمیدن مذاب کائولن با درصد آلو مینای بالا و یا مواد مرسوم تری شامل ترکیبی از پودر خالص آلومینا و سیلیس مخلوط شده تشکیل میگردد . مخلوط آلومینا و سیلیس پس از ذوب درکوره قوس الکتریکی در دمایی حدود  ۲۰۰۰ºC بوسیله هوای فشرده دمیده میشود و یا بروی غلتکهای چرخان بوسیله نیروی گریز از مرکز به الیاف تبدیل میشوند . در حین دمش ، جریان مذاب به قطرات کوچکی تبدیل می شود که در ادامه پروسه به صورت الیاف کشیده میشوند.

 

خصوصیات و ویژگی های الیاف سرامیکی

خصوصیات بارز انواع الیاف سرامیکی بشرح زیر است :

  • وزن سبک
  • قابلیت انعطاف پذیری همراه استحکام کششی بالا
  • قابلیت نصب سریع
  • هدایت حرارتی پایین
  • ذخیره سازی پایین انرژی گرمایی
  • مقاومت بالا به شوکهای حرارتی
  • مقاومت بالا به خوردگی
  • پایداری حرارتی بالا
  • پایداری شیمیایی بطوریکه در مقابل اغلب اسیدها و بازهای قوی مقاومند . همچنین محیط های حاوی آب و روغن تأثیر بروی خواص شیمیایی الیاف سرامیکی نداشته ، اگرچه آب قابلیت هدایت حرارتی را افزایش میدهد ولی بمحض تبخیر خواص فیزیکی الیاف برگشت پذیر می باشند .
  • بدون آزبست و جایگزین مناسب آزبست

استاندارد: ASTM C892 – ASTM C612

عایق های پشم سرامیک از جمله عایق های نسوز (Refractory) محسوب شده و از اکسید آلومینیوم و سیلیس (با نسبت تقریبا ۵۰-۵۰) تشکیل شده اند. پشم سرامیک می تواند دمای بسیار زیادی را (تا ۱۴۰۰۰C) تحمل کند و به صورت فله ای، الیاف بافته شده، پتویی بافت شده، رولی و ترکیب مرطوب در بازار عرضه می شود.

پشم سرامیک خواص آکوستیکی خوبی از خود نشان می دهد و استفاده از آن در جاهایی که هم نیاز به عایق حرارتی و هم صوتی در لایه های بسیار نازک و سبک، مانند بدنه خودروها، توجیح اقتصادی پیدا می کند. همچنین، به دلیل مقاومت حرارتی بسیار زیاد آن، از پشم سرامیک می توان به عنوان عایق ضدآتش در سازه ها نیز استفاده کرد. از پشم سرامیک به عنوان عایق حرارتی و الکتریکی در کوره های القایی و الکتریکی نیز استفاده می شود.

مقاومت پشم سرمایک در مقابل شوک های حرارتی بسیار زیاد است. این خاصیت باعث می شود تا از این نوع عایق در جاهایی که پیک حرارتی شدید وجود دارد، مانند ترمز خودروها، استفاده شود.

کاربری پشم سرامیک:

  • استفاده در عایق کاری دماهای بسیار بالا از جمله کوره ها، بویلرها، توربین های بخار و گاز
  • استفاده به عنوان عایق حرارتی در صنعت خودرو سازی از جمله بدنه، ترمز و …
  • عایق کاری لوله ها و داکت های گرم
  • استفاده در کشتی ها به عنوان عایق ضدآتش
  • استفاده به عنوان عایق حرارتی در بدنه هواپیماها و صنایع هوایی
  • استفاده به عنوان پارچه نسوز در لباس های ایمنی و ضدآتش

مزایای پشم سرامیک:

  • پایداری حرارتی و مقاومت حرارتی بسیار عالی
  • مقاوم در مقابل شوک های حرارتی
  • خواص آکوستیکی خوب
  • ضد آتش و عدم اشتعال
  • مقاوم در مقابل مواد شیمیایی، روغن ها و خوردگی
  • نسبت مقاومت حرارتی به وزن بسیار عالی
  • نصب آسان و انعطاف پذیری کامل
  • خاصیت عایق الکرتیکی نیز داراست