العزل الحراري

العزل الحراري

ربما المبانيالخرسانية مثل الانسان تصاب بالحمى ولكن بطريقة مختلفة!! وربما نهرع بمرضانا إلىالمستشفى ولكن الأمر يختلف بالنسبة للمباني الخرسانية التي عندما ( ترتفع درجةحرارتها) لن ينفع معها غير كمادات طويلة الأمد تدعى " العزل الحراري ". وقد طورالإنسان معالجاته للظروف البيئية المحيطة به عبر تجارب طويلة ومستمرة في ممارسةالبناء فاستطاع أن يتعرف على خصائص مواد البناء فأصبح يستخدمها بأقصى فعالية لتلبيةاحتياجاته ومتطلباته.

ومن بين العيوب الرئيسية في المبانيالخرسانية رداءة سلوكها وتصرفها الحراري بالنظر إلى طبيعة المناخ وشدة حرارته. وأفضل دليل على ذلك هو منحنى استهلاك الطاقة الكهربائية.يرتفع استهلاك الكهرباء فيفصل الصيف بمقدار الضعف عن فصل الشتاء والسبب في هذا التزايد الكبير يرجع بصورةأساسية إلى الطاقة الكهربائية المستعملة لتشغيل وسائل التكييف المتنوعة والتي يضطرإليها الناس لطرد الحرارة الشديدة والنافذة إلى مساكنهم نتيجة رداءة ومقاومةالحوائط والأسقف لاختراق الحرارة من الخارج .

كما أن نصف مرافق ومحطاتالكهرباء مسخرة بصورة أساسية لتشغيل أجهزة وسائل التكييف في فصل الصيف فقط ما يجعلمعامل الانتفاع من هذه المرافق والمحطات منخفض جدا ويؤدي بالتالي إلى ارتفاع تكلفةتوليد وتشغيل وصيانة محطات وشبكات الكهرباء.

وأما ما يمكن التحكم بهعلى المستوى الفردي فاختيار الألوان الخارجية وتوجيه المبنى وتوزيع الفتحاتومساحاتها ومعالجتها وعزل الحوائط والأسقف المعرضة للأجواء والظروف المناخيةالخارجية. العزل الحراري هو عملية منع انتقال الحرارة من مكان إلى آخر كليا أوجزئيا وذلك بالاستفادة من خصائص بعض المواد كرداءة التوصيل الحراري وكزيادة السعةالحرارية وخاصية الانعكاس.

* مواد العزل

وهي تلك المواد أو تشكيلة المواد التي إذااستخدمت بطريقة مناسبة يمكن أن تمنع أو تقلل انتقال الحرارة بوسائل الانتقالالحراري المختلفة ( التوصيل - الحمل - الإشعاع).

ويمكن تقسيم المواد العازلة بصورة أساسيةكما يلي:

مواد عازلة غير عضوية تتركب من ألياف أوخلايا كالزجاج والاسبستوس والصوف الصخري وسيلكات الكاليسوم والبيرلايتوالفيرميكيولايت مواد عازلة عضوية ليفية مثل القطن وأصواف الحيوانات والقصب أوخلوية مثل الفلين والمطاط الرغوي أو البولي ستايرين أو البولي يورثي.مواد عازلةمعدنية كرقائق الألمنيوم والقصدير العاكسة.

وأما الأشكال التي توجدعليها المواد العازلة فهي:

مواد عازلة سائبة وتكون عادة في صورة حبيباتأو مسحوق تصب عادة بين الحوائط أو في أي فراغ مغلق كما يمكن أن تخلط مع بعض الموادالأخرى وهي تستخدم بصورة خاصة في ملء الفراغات غير المنتظمة.

مواد عازلة مرنة الشكل وهي تختلف في درجةمرونتها وقابليتها للثني أو الضغط وتوجد عادة على شكل قطع أو لفات وتثبت عادةبمسامير ونحوها كالصوف الزجاجي والصخري ورقائق الألمنيوم ونحوها.

مواد صلبة وتوجد على شكل ألواح بأبعادوسماكات محدودة بالبولي يورثين والبولي ستايرين.

مواد عازلة سائلة تصب أو ترش على المكانالمطلوب لتكوين طبقة عازلة وهذه مثل البولي يورثين الرغوي.

* مواصفات

بالنظر إلى متطلبات التصميم فإن اختيار مادةعازلة معينة يستلزم بالإضافة إلى معرفة الخاصية الحرارية، معرفة الخصائص الثانويةالأخرى للمادة كامتصاص الماء والاحتراق والصلابة..الخ

* الخصائص الحرارية

والمقصود منها قدرة المادة على العزلالحراري وعادة ما تقاس بمعامل التوصيل الحراري فكلما قل معامل التوصيل دل ذلك علىزيادة مقاومة المادة للانتقال الحراري. فالمقاومة الحرارية تتناسب تناسبا عكسيا معمعامل التوصيل الحراري خلال المادة العازلة يتم عادة بواسطة جميع وسائل الانتقالالمختلفة ( التوصيل والحمل والإشعاع).

أما المواد العاكسة فهيلقدرتها العالية على رد الإشعاعات والموجات الحرارية تعتبر مواد فعالة في العزلالحراري بشرط أن تقابل فراغا هوائيا وتزيد قدرة هذه المواد على العزل بزيادةلمعانها وصقالتها وغالبا ما تكون المادة العازلة متكاملة مع الجدران والأسقف ولذافلمعرفة المقاومة الكلية للانتقال الحراري لابد من جمع المقاومات المختلفة لطبقاتالحائط أو السقف بما فيها مقاومة الطبقة الهوائية الملاصقة للأسطح الداخلية أوالخارجية.

وجمع هذه المقاومات يشابه تماما جمعالمقاومات الكهربائية، فهي إما أن تكون على التوازي أو التسلسل ويعتمد هذا علىتركيبة المواد في الحائط أو في السقف، وإضافة إلى ما ذكر من خصائص حرارية فإن هناكخصائص أخرى كالحرارة النوعية والسعة الحرارية ومعامل التمدد والانتشار والتي لابدمن معرفتها لكل مادة عازلة.

الخصائص الميكانيكية

بعض المواد العازلة تتميز بمتانة وقدرة علىالتحميل. ولهذا فيمكن أحيانا استخدامها للمساهمة في دعم وتحميل المبنى وذلك إضافةإلى هدفها الأساسي وهو العزل الحراري. ولهذا ينظر إلى قوة تحمل الضغط والشدوالقص..الخ.

* خاصية الامتصاص

وجود الماء بصورة رطبة أو سائلة أو صلبة فيالمادة العازلة يقلل من قيمة العزل الحراري للمادة أو يقلل المقاومة الحرارية، كماأنه قد يساهم في إتلاف المادة بصورة سريعة وتأثير الرطوبة على المادة يعتمد علىخصائص المادة من حيث قدرتها على الامتصاص والنفاذ، كما يعتمد على الأجواء المناخيةالمحيطة بها كدرجة الحرارة ونسبة الرطوبة..الخ أما الخصائص التي يقاس بها مدى تأثيرالمادة بالرطوبة فهي الامتصاص والنفاذية.

* الأمان والصحة

لبعض المواد العازلة خصائص معينة منها ما قديعرض الإنسان للخطر سواء وقت التخزين أو أثناء النقل أو التركيب أو خلال فترةالاستعمال فقد تتسبب في إحداث عاهات في جسم الإنسان، دائمة أو مؤقتة، كالجروحوالبثور والتسمم والالتهابات الرئوية أو الحساسية في الجلد والعينين مما يستوجبأهمية معرفة التركيب الكيميائي للمادة العازلة،كذلك صفاتها الفيزيائية الأخرى منحيث قابليتها للاحتراق والتسامي.

*الصوت

بعض المواد العازلة للحرارة قد تستخدملتحقيق بعض المتطلبات الصوتية كامتصاص الصوت وتشتيته وامتصاص الاهتزازات لذا فإنمعرفة الخصائص المرتبطة بهذا الجانب قد يفي بتحقيق هدفين بوسيلة واحدة.إضافة إلى ماسبق من خصائص فإن هناك خصائص قد تكون ضرورية عند اختيار المادة العازلة المناسبةكمعرفة الكثافة والقدرة على مقاومة الانكماش وإمكانية الاستعمال وانتظام الأبعادومقاومة التفاعلات الكيميائية والمقاسات والسماكات المتوفرة..الخ.كما يلعب العاملالاقتصادي أخيرا دورا مهماً في اتخاذ القرار، في سعر المادة العازلة له اثر كبيرعند الاختيار.

ما هو القدر المناسب من المادةالعازلة؟

يتم عادة اختيار نوعية المادة العازلةبالموازنة بين تكلفتها الاقتصادية ومدى تحقيقها للمتطلبات الرئيسية والثانوية ولكنهذا الاختيار لا يغني عن السعي إلى تحديد السماكة المناسبة من المادة المختارة،يمكنتقسيم المباني من حيث نوعية وطريقة الاكتساب الحراري الرئيسي إلى نوعين:

مبان معظم اكتسابها للحرارة يأتي من خلالالقشرة أو الغلاف الخارجي للمبنى بمعنى أن متطلبات التبريد والتدفئة تتناسب بصورةتقريبية مع الفرق بين درجة الحرارة الداخلية والخارجية، وتقع المساكن والمخازن عادةفي هذا القسم نظرا لأن الحرارة المكتسبة من الخارج تفوق بكثير الحرارة الناتجة عنالنشاطات المختلفة داخلها،ففي هذه المباني فإن زيادة العزل الحراري في الغلافالخارجي للمبنى سيؤدي بالضرورة إلى تقليل مقدار الحرارة المكتسبة أو المفقودة وهذابالتالي يؤدي إلى تقليل الطاقة اللازمة لإزالة ما يكتسب أو تعويض ما يفقد.

ولتحديد السمك الأمثل للمادة العازلة فيالمباني من هذا النوع فإن الضابط الأساسي لهذا التحديد هو مقدار التكلفة الكلية وهيتساوي مجموع تكلفة المادة العازلة وتكلفة الطاقة اللازمة لتكييف المبنى.مباناكتسابها الرئيسي للحرارة يأتي من داخلها حيث يكون الاكتساب الرئيسي للحرارة فيهانتيجة للنشاطات المقامة داخلها كالمصانع أو نتيجة لضخامة عدد المستخدمين أو للحرارةالناتجة عن الإضاءة الصناعية كالمكاتب ونحوها،ففي مثل هذه المباني .

ولأن معظم الاكتساب لا يتأثر بشكل أساسيبالظروف الجوية الخارجية فإن زيادة سمك الطبقة العازلة لا يؤدي بالضرورة إلى تقليلتكلفة الطاقة بل قد يؤدي إلى زيادتها فضلا عن زيادة التكلفة الكلية،فزيادة سمكالطبقة العازلة يؤدي إلى احتباس الحرارة المكتسبة في الداخل من تراكمها فتزيد أحمالالتبريد بصورة واضحة، لذا فالمباني من هذا النوع تحتاج إلى دراسة مستفيضة بواسطةالحاسب الآلي لتحديد سلوك المبنى الحراري على مدار العام باستخدام سماكات مختلفة منالمادة العازلة ومن ثم الوصول إلى السمك الأمثل.

منقووووووووووووول