عزل حراري

هو منع أو الحد من انتقال الحرارة بين الأجسام عن طريق الاتصال الحراري أو في نطاق الانبعاث الإشعاعي. نقل الحرارة هو انتقال الطاقة الحرارية بين الأجسام من خلال الاختلاف في درجات الحرارة لهذه الأجسام، حيث أن من المعروف أن الحرارة تعدّ شكل من أشكال الطاقة.وأن الوسيلة لوقف الانبعاث الحراري هو معالجتها بطرق عدة سنذكرها فيما بعد، بالإضافة إلى اختيار مواد ذات سعة حرارية مناسبة تعتمد على عدة عوامل.

التدفق الحراري ناتج بشكل أساسي من اتصال الاجسام مع بعضها البعض من خلال الاختلاف في درجات الحرارة. العزل الحراري يوفر وسيلة للحفاظ على التدرج في درجة الحرارة، من خلال توفير منطقة تكون معزولة والتي يتم فيها تخفيض تدفق الحرارة أو ينعكس الإشعاع الحراري بدلا من امتصاصه.

في المباني المواد العازلة يتم تحديدها من خلال كمية مقاسة للقدرة العزلية وتسمى انتقالية حرارية. على نطاق الهندسة الحرارية لأنظمة العزل للأفران، والمفاعلات، والتوصيل الحراري (thermal conductivity (K)، (specific heat (C) كثافة المنتج والحرارة النوعية هي خصائص المنتجات الرئيسية، والتي تؤثر على كفاءة العزل الحراري.

انخفاض الموصلية الحراري (thermal conductivity) (K) هو مشابه لارتفاع القدرة العازلة (insulating capability) (R)، والسليكا والسيراميك (عزل الألياف) هي أفضل العوازل أداء للتطبيقات ما بين 200 درجة مئوية و 2000 درجة مئوية.

ألياف الزركونيا لديها أدنى توصيل حراري لجميع منتجات الألياف السيراميكة وتستخدم في تطبيقات إلى ما يصل إلى 2000 درجة مئوية.[1]

Common insulation applications in شقة مبنى in أونتاريو,كندا.

الحفاظ على درجات حرارة مقبولة في المباني (عن طريق التسخين والتبريد) يستخدم نسبة كبيرة من الاستهلاك العالمي للطاقة. عندما لا تكون معزولة بشكل جيد. و من مزايا العزل الحراري :

• الكفاءة في استخدام الطاقة، وبالتالي توفير المال.
• توفر درجات حرارة أكثر موحدة في جميع أنحاء الفراغ. هناك نسبة أقل من التدرج في درجة الحرارة على حد سواء عموديا (بين الكاحل والرأس) وأفقيا من الأسقف الخارجية، والجدران والنوافذ والجدران الداخلية، وبالتالي إنتاج بيئة أكثر راحة للمستخدمين عندما تكون درجات الحرارة في الخارج شديدة البرودة أو السخونة.
• لديه الحد الأدنى من النفقات المعتادة. خلافا لوسائل التدفئة والتبريد، العزل لايتطلب صيانة، أو تعديل دائما. كثير من أشكال العزل الحراري يخفض أيضا الضجيج والاهتزاز، الأصوات القادمة من الخارج، وبالتالي إنتاج بيئة أكثر راحة داخل مبنى.

عزل النوافذ يمكن أن يطبق في البيئات شديدة البرودة أو الحرارة للحد من الإشعاع الحراري الواردة في الصيف، والخسارة في فصل الشتاء. في الصناعة هناك زيادة في الإنفاق على الطاقة، وللحفاظ على درجة حرارة الأجسام أو السوائل للعمليات الصناعية في تلك المصانع. (إذا لم يتم العزل )، هذا يزيد من احتياجاتها من الطاقة من هذه العملية، وبالتالي فإن ذلك يؤدي إلى زيادة في التكاليف والتأثيرات على البيئة المحلية والعالمية.

عزل بالصوف الحجري داخل المبنى Kanada.

يمكن تقسيم التبادل الحراري بين المبنى والخارج إلى ثلاثة أنواع هي :

1. الحرارة التي تخترق الجدران والأسقف.
2. الحرارة التي تخترق النوافذ.
3. الحرارة التي تنتقل عبر فتحات التهوية الطبيعية.

وتقدر كمية الحرارة التي تخترق الجدران والأسقف في أيام الصيف بنسبة 60 –70% وأما البقية فتأتي من النوافذ وفتحات التهوية. ويعمل تكييف هواء على خفض درجة حرارة البيت أو المبنى لكي يشعر القاطنون بالراحة والانسجام. وتقدر نسبة الطاقة الكهربائية المستهلكة في الصيف لتبريد المبنى بنسبة حوالي 66% من كامل الطاقة الكهربائية. ومن هنا تنبع أهمية العزل الحراري لتخفيض استهلاك الطاقة الكهربائية المستخدمة في أغراض التكييف، وذلك للحد من تسرب الحرارة خلال الجدران والأسقف إلى الداخل وتحقيق المسكن الوظيفي الملائم وتقليل التكلفة.

1. الترشيد في استهلاك الطاقة الكهربائية، حيث أثبتت التجارب العلمية أن تطبيق استخدام العزل الحراري في المباني السكنية والمنشآت الحكومية والتجارية والصناعية يقلل من الطاقة الكهربائية بمعدلات تصل إلى نسبة 40%.
2. احتفاظ المبنى بدرجة الحرارة المناسبة لمدة طويلة دون الحاجة إلى تشغيل أجهزة التكييف لفترات زمنية طويلة.
3. يسمح باستخدام أجهزة تكييف ذات قدرات صغيرة، وبالتالي تقل تكاليف استهلاك الطاقة والأجهزة المستخدمة.
4. رفع مستوى الراحة لمستخدمي المبنى.
5. يقلل من استخدام أجهزة التكييف مما يقلل من التأثير الصحي والنفسي على الإنسان بسبب الضوضاء الناتجة عن تشغيل تلك الأجهزة.
6. يعمل العزل الحراري على حماية وسلامة المبنى من تغيرات الطقس والتقلبات الجوية حيث يقل فرق درجات الحرارة الناتج عن ارتفاع الحرارة بسبب الشمس نهاراً، وانخفاض درجة الحرارة ليلاً. وتتسبب الفروق المرتفعة في درجة لحرارة بين الليل والنهار في إحداث إجهاد لحوائط المبنى وأجزائه الأخرى كالنوافذ فتفقد خواصها الطبيعية والميكانيكية ويمكن أن تؤدي إلى تشققات بها وتصدعات وشروخ.
7. يؤدي إلى تقليل سمك الحوائط والأسقف الخرسانية اللازمة لتخفيض انتقال الحرارة لداخل المبنى.
8. توفير العبء على محطات إنتاج الطاقة وشبكات التوزيع.

يستلزم اختيار مادة عازلة معنية معرفة خصائصها الحرارية وخصائصها الأخرى كامتصاص الماء وقابليتها للاحتراق، وصلابتها..الخ.

إن من أهم العوامل التي تؤثر على اختيار مواد العزل الحراري المناسبة ما يلي:

• أن تكون المادة العازلة ذات معامل توصيل حراري منخفض.
• أن تكون على درجة عالية من مقاومتها لنفاذ الماء نفاذية الإشعاع.
• أن تكون على درجة عالية في مقاومتها لامتصاص بخار الماء.
• أن تكون على درجة عالية في مقاومتها للاجهادات الناتجة عن الفروقات الكبيرة في درجات الحرارة.
• أن تكون ذات خواص ميكانيكية جيدة كارتفاع معامل مقاومة الانضغاط ومعامل المقاومة للكسر.
• أن تكون مقاومة للبكتيريا والعفن والحريق خاصة في الأماكن المعرضة للحريق بسهولة.
• أن تكون ثابتة الأبعاد على المدى الطويل ذات معامل تمدد حراري قليل.
• أن تكون مقاومة للتفاعلات الكيميائية.
• ألا ينتج عنها أي أضرار صحية.

يمكن تقسيم مواد العزل الحراري حسب مصادرها إلى خمسة أقسام:

1. المواد العازلة من أصل حيواني: مثل صوف وشعر الحيوانات، ويعدّ استخدامها كمواد عازلة محدوداً.
2. المواد العازلة من أصل جمادي: كالصوف الزجاجي، وهو من أفضل مواد العزل الحراري.
3. المواد العازلة الصناعية: وتشتمل المطاط والبلاستيك الرغوي، والأخير هو الأكثر شيوعاً، وأكثر ما يستخدم هو نوع البوليسترين البوليورثين الرغوي.
4. المواد العازلة من أصل نباتي: وتشتمل الألياف والمواد السيلولوزية مثل القصب والقطن وخلافه.
5. المواد العازلة بتقنية النانو تكنولوجي: وهي عبارة عن مواد سائلة، تدهن على سطح أفران إذابة الحديد للتخفيف من انبعاث الحرارة منها.

يمكن أن توجد المواد العازلة على عدة صور وهي:

1. اللباد.
2. حبيبات الحشو الطفلي الخفيف.
3. سائل رغوي بخاخ.
4. رغوي صلب (لوائح أو شرائح).

• ستارلايت
• جسر حراري

• بوابة طاقة