دانلود تحقیق عایق‌ کاری ساختمان

هدف از عایق‌کاری حرارتی، کاهش گرمای انتقال یافته یا به حداقل رساندن اثرات شیوه‌های جداگانه انتقال حرارت است و فرآورده های جدید سعی در تحقق بهتر این هدف دارد چندی پیش دوره‌های تخصصی آموزش آشنایی با مصالح ساختمانی جدید در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن برای گروهی از متخصصان و دست‌اندرکاران امر ساختمان برگزار شد.

بخشی از این دوره آموزشی به فرآورده‌های عایق‌کاری حرارتی جدید در ساختمان اختصاص داشت که سهراب ویسه و ناهید خدابنده در این دوره‌های آموزشی به ارایه این مباحث و معرفی عایق های حرارتی جدید پرداختند. شرح این مباحث در پی می آید. اگر عایق به درستی نصب شود، انتقال گرما که از طریق جدارهای ساختمان انجام می‌شود کاهش می‌یابد. هدف از عایق‌کاری حرارتی، کاهش گرمای انتقال یافته یا به حداقل رساندن اثرات شیوه‌های جداگانه انتقال حرارت است. برای مثال عایق پتویی پشم شیشه یا یک تخته صلب پلی استایرن که فضای خالی دیوار دو جداره را پر می‌کند، انتقال حرارت را با تبدیل فضای خالی به تعداد زیادی فضاهای هوایی بسیار کوچک کم می‌کند. فضاهای هوایی کوچک حرکت هوا را کاهش داده و جریان همرفت را به حداقل می‌رساند تا از توان عایق‌کاری هوای ساکن استفاده شود. به طور کلی اثربخشی یک فرآورده‌ عایق‌کاری حرارتی به نوع مصالح و در نتیجه ضریب هدایت حرارتی، چگالی و ضخامت آن بستگی دارد.

این موارد باید همراه با سایر مشخصات لازم از جمله شماره استاندارد ویژگی فرآورده‌ مربوط، مقاومت‌های مکانیکی و خواص انتقال بخار آب روی برچسب فرآورده‌ عایق‌کاری حرارتی ثبت شود. چند نوع عایق حرارتی تجاری برای دستیابی به مقاومت حرارتی مورد نیاز در دسترس است. انواع اصلی عایق‌های موجود در کشور پشم شیشه، پشم سنگ، پشم سرباره، پلی استایرن منبسط، فوم پلی یورتان صلب و فرآورده‌های پرلیت منبسط است. سایر عایق‌های رایج در کشورهای صنعتی عبارتند از: فرآورده‌های فوم فنولیک، فرآورده‌های پشم و الیاف چوب، فرآورده‌های پشم و پنبه و فرآورده‌های شیشه سلولی.

 در استاندارد اروپا (EN) برای فرآورده‌های عایقکاری زیر استاندارد ویژگی جداگانه وجود دارد: فرآورده‌های پشم معدنی مصنوعی، فرآورده‌های پلی استایرن منبسط ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های فوم پلی استایرن اکسترود شده ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های فوم پلی یورتان صلب ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های فوم فنولیک ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های پشم چوب ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های پرلیت منبسط ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های الیاف چوب ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های پشم پنبه ساخته شده در کارخانه فرآورده‌های شیشه سلولی ساخته شده در کارخانه انواع مصالح و فرآورده‌ عایق حرارتی شرح داده شده در زیر به عنوان جایگزین برای انواع متداول آنها مطرح شده است: پشم شیشه جدید بعضی از تولیدکنندگان اخیرا فرآورده‌های عایقکاری نوار پشم شیشه با چگالی متوسط و زیاد تولید می‌کنند که مقاومت حرارتی آنها قدری بیشتر از انواع قدیمی است. فرآورده‌های سنگین‌تر برای قسمت‌های عایقکاری با فضای خالی محدود مورد نظرند. یکی از تولیدکنندگان، یک محصول عایق الیافی غیرسنتی را بازاریابی می‌کند. این محصول ترکیبی از دو نوع شیشه است که با هم ذوب می‌شوند.

همان طور که دو ماده در طی تولید سرد می‌شوند پیچ و تاب‌های اتفاقی مواد را به وجود می‌آورند. این باعث می‌شود که مواد، تحریک پوستی کمتری ایجاد کند. این محصول نیازی به چسباننده شیمیایی برای چسباندن الیاف به هم ندارد. همچنین در یک روکش استوانه‌ای پلاستیکی سوراخ‌دار عرضه می‌شود که حمل و نقل را آسان می‌سازد. انواع مختلفی از پشم شیشه فله‌ای نیز وجود دارد که برای استفاده با دستگاه‌های دمنده عایق در نظر گرفته شده‌اند. بعضی تولیدکنندگان ادعا می‌کنند که مواد بازیافتی بیشتری به کار می‌برند تا بتوانند در رقابت با تولید‌کنندگان دیگر پیشی گیرند. با این وجود، همه آنها عملکرد حرارتی مشابهی دارند. یکی از انواع اصلی «در پتو دمیده» نام دارد. این شبیه به نوع سلولزی «اسپری _ تر» است که در آن ماده با یک چسبنده لاتکس مخلوط می‌شود، با آب کمی‌ تر می‌شود تا چسب فعال شود. سپس آن را به داخل فضای خالی می‌دمند، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که دیوارهای عایقکاری شده با سیستم BIB بسیار بهتر از انواع عایق پشم شیشه (مانند عایق‌نواری) پر می‌شوند.

پشم معدنی واژه پشم معدنی به سه نوع عایق که از اساس یکسان‌اند، گفته می‌شود: پشم شیشه یا فایبرگلاس که از شیشه بازیافتی ساخته می‌شود پشم سنگ که از بازالت که نوعی سنگ آذرین است به دست می‌آید و پشم سرباره که از سرباره ذوب آهن ساخته می‌شود. بیشتر پشم معدنی تولید شده در ایالات متحده پشم سرباره است. اکثر پشم‌های معدنی شکننده و سست هستند. پشم معدنی نیازی به استفاده از مواد شیمیایی اضافی برای آن که در برابر آتش مقاوم شود، ندارد. اخیرا یک شرکت کانادایی شروع به تولید یک محصول معدنی نوع نواری نرم‌تر کرده است. این محصول سنگین‌تر است و با استاندارد دیوار دو جداره مطابقت بیشتری دارد. اتلاف حرارتی همرفت هوا در آن تا حدی کمتر از فرآورده‌های نواری پشم شیشه متداول است. مقاومت حرارتی آن با عایق سلولزی اسپری شده یا نوارهای پشم شیشه با چگالی زیاد قابل مقایسه است.

 فوم سیمانی ایرکرته یک عایق سیمانی (بر پایه سیمانی) سیلیکات منیزیم است که به صورت فوم در می‌آید و به داخل فضاهای خالی بسته پمپ می‌شود. غلظت اولیه فوم مشابه کرم ریش تراشی و پس از عمل‌آوری شبیه به پودینگ پرمایه است. به آسانی توسط آب آسیب می‌بیند چون از مواد استخراج شده از آب دریا ساخته شده است. غیرسمی است و نمی‌سوزد. قیمت آن نزدیک به فوم پلی یورتان است. الیاف پلاستیکی عایق الیاف پلاستیکی عمدتا از بطری‌های پلاستیکی شیر بازیافت شده (پلی اتیلن تترافتالات یا PET) ساخته می‌شود. سپس الیاف به صورت عایق نواری شبیه به پشم شیشه با چگالی زیاد شکل داده و بعد طی عملیاتی کندسوز می‌شوند. عایق الیاف پلاستیکی نسبتا غیرمحرک است و به سادگی نمی‌سوزد. با این وجود وقتی در معرض آتش قرار می‌گیرد، ذوب می‌شود. همچنین بنا بر گزارش‌ها با ابزار متداول کارگاهی، کار کردن و برش این نوع نوارها مشکل است.

عایق فوم شونده در محل این محصولات دارای چسباننده فوم بر پایه لاتکس هستند که یک ماده عایق (مانند پشم شیشه)‌ را به داخل یک فضای خالی منتقل می‌کند. پس از آن که حباب‌های فوم از بنی رفت، به جای خود فضاهای خالی محبوس با توزیع یکنواخت باقی می‌گذارد که خاصیت عایق حرارتی مجموعه بدون تغییر می‌ماند. آن را برای فضاهای خالی بسته در ساختمان‌ها استفاده می‌کنند. پشم شیشه، پشم سنگ، پشم سرباره و سلولز برای این کار، مصرف می‌شود. پنل‌های عایقکاری سازه‌ای (SIP) پنل‌های عایقکاری سازه‌ای اغلب شامل یک هسته تخته فوم است که از یک یا دو طرف با تخته چندلا، تخته سیم بافته یا تخته گچی (درای وال) پوشانده می‌شود. عایق معمولا پلی استایرن یا ایزوسیانورات است اما گاهی کامپوزیت‌های فوم _ کاه نیز استفاده می‌شود.

محدوده اندازه پنل‌ها معمولا ۲/۱×۴/۲ متر تا ۲/۱×۳ متر است. به دلیل مقاومت سازه‌ای، استفاده از SIP‌ نیاز به الوار ساختمانی را کم می‌کند و امکان نشت هوا و پل‌های حرارتی را به دلیل ساختمان قاب استاد کاهش می‌دهد. همچنین سوار کردن دیوار SIP نسبت به سایر روش‌های ساختمانی سریع‌تر است. اکثر بررسی‌های مقایسه‌ای بین دیوار بنایی و SIP نشان می‌دهد که SIP صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در مصرف انرژی به همراه دارد. چون این پنل‌ها انتقال صوت را نیز کاهش می دهند، بعضی طراحان از آنها برای جداکننده‌های داخلی نیز استفاده می‌کنند. پنل‌های SIP‌ در بام نیز استفاده می‌شود. انواعی از این پنل‌های بام وجود دارد که دارای کانال‌های هوا درست در زیر پوشش خارجی برای تهویه بام است. قالب‌های بتن عایق (ICF) یک سیستم ICF از تخته‌های فوم درهم قفل شونده و گاهی از بلوک‌های فوم توخالی تشکیل می‌شود. قالب‌های تخته فوم توسط کلاف‌ها و میله‌های فولادی به صورت قائم و موازی با یکدیگر قرار داده می‌شود. پس از افزودن میله‌های فولادی مسلح کننده مناسب و ریختن بتن، نتیجه، دیوار بتنی عایقکاری شده و بسیار مستحکمی است. این نوع ساخت را می‌توان از پی تا بام انجام داد.

 بعضی سازندگان مبتکر بام را نیز با ICF می‌سازند. به دلیل قابلیت اشتغال، هر ICF در معرض فضای داخلی ساختمان باید با یک ماده مناسب مقاوم در برابر آتش پوشانده شود. اکثر آیین‌نامه‌ها یک تخته گچی نیم اینچی (۷/۱۲ میلی‌متر) را قابل قبول می‌دانند. نمای خارجی ساختمان را می‌توان با هر چه که طراح مطلوب تشخیص دهد، پوشش داد. در سایر سیستم‌ها از تخته عایق صلب در مرکز دیوار بتنی استفاده می‌شود. دیوارها در داخل یک قالب روی یک کف تخت ریخته می‌شوند و پس از عمل آوری آن را با یک جرثقیل بر پا داشته و به محل خود می‌برند. چون تخته عایق در داخل دیوار قرار دارد، مشکلات ناشی از آتش و هجوم حشرات کاهش می‌یابد. سیستم‌های بلوک عایق معمولا بلوک‌های پلی‌استایرن توخالی هستند که در هم قفل می شوند تا سیستم دیوار ICF را تشکیل دهند. میله‌های فولادی مسلح کننده اغلب در داخل فضاهای خالی بلوک استفاده می‌شوند تا دیوار تقویت شود.

یکی از معایب ICF‌ آن است که فاصله بین فوم و بتن، دسترسی آسان برای حشرات و آب زیرزمینی برای ورود به ساختمان ایجاد می‌کنند برای به حداقل رساندن این مشکلات، بعضی تولیدکنندگان قالب‌های بهسازی شده با حشره‌کش‌ها را می‌سازند و اغلب روشی برای آب‌بندی بلوک‌های فوم اجرا می‌کنند. بلوک‌های بتنی عایق بلوک‌های بتنی عایق با اشکال و ترکیب‌های متفاوتی ساخته می شوند. واحدهای بنایی بتنی بهتر، سطح شبکه اتصال دهنده را تا حد امکان کاهش می‌دهند. هسته‌ها با عایق به صورت‌های در جا ریخته، دمیده یا فوم شده در محل پر می‌شوند، مگر برای آن سوراخ‌هایی که لازم است در آنها فولاد مسلح‌کننده سازه‌ای و بتن پرکننده قرار گیرد. این امر میانگین مقاومت حرارتی دیوار را بالا می‌برد. بعضی از تولیدکنندگان بلوک دانه‌های پلی‌استایرن را با لایه نازکی از بتن پوشش می‌دهند. بتن کمک می‌کند که دانه‌های پلی‌استایرن به هم بچسبند در حالی که یکپارچگی سازه‌ای محدودی به‌وجود می‌آید. دانه‌های پلی‌استایرن منبسط مخلوط شده با سیمان پرتلند، ماسه و افزودنی‌های شیمیایی، متداول‌ترین گروه تشکیل‌دهنده‌هاست.

 علاوه بر این بلوک‌های توخالی با مخلوطی از تراشه‌های چوب و بتن نیز تولید می‌شود. آنها را می‌توان بدون استفاده از ملات روی هم چید (خشکه چینی). پایداری سازه‌ای توسط بتن پرکننده و آرماتور مناسب در سرتاسر دیوار سازه‌ای به دست می‌آید. یکی از معایب این نوع بلوک‌ها آن است که جز چوب در معرض اثر رطوبت و حشرات است. دو نوع بلوک بنایی بتنی اتوکلاوی پیش‌ساخته توپر در ایالات متحده تولید می‌شود: _ بتن هوادار اتوکلاوی (AAC) _ بتن سلولی اتوکلاوی (ACC) این گروه از مصالح در ساختمان‌های اروپا از اواخر سال‌های ۱۹۴۰ متداول بوده است. هوا تا ۸۰ درصد (حجم) مواد را تشکیل می‌دهد. مقاومت حرارتی این بلوک‌ها ۱۰ برابر بلوک‌های معمولی است. آنها بزرگ، سبک و دارای سطح تختی هستند که به نظر اسفنج ریزسوراخ سختی می‌آید. از ماستیک یا یک ملات نازک برای ساخت دیوار با این بلوک‌ها استفاده می‌شود. سپس اغلب یک لایه گچ به عنوان پرداخت به کار می‌رود. بتن اتوکلاوی به راحتی اره می‌شود. در آن میخ فرو می‌رود و با وسایل معمولی شکل می‌گیرد. از آنجایی که این مصالح به آسانی آب جذب می‌کند، به محافظت در برابر رطوبت نیاز دارد.

در بتن سلولی اتوکلاوی پیش‌ساخته از خاکستر بادی به جای ماسه سیلیسی استفاده می‌شود. خاکستر بادی، خاکستر باطله تولید شده ناشی از سوزاندن زغال سنگ در نیروگاه‌های برق است. خاکستر بادی ماده‌ای است که ACC را از AAC متمایز می‌کند. الیاف طبیعی الیاف طبیعی مختلفی از نظر خواص عایق‌کاری مورد بررسی قرار گرفته‌اند. انواع قابل توجه شامل پنبه، پشم، کنف و کاه است. عایق حرارتی پنبه‌ای دیگر در ایالات متحده تولید نمی‌شود اما در بعضی مناطق هنوز آن را می‌توان یافت. عایق بر پایه پنبه شامل پنبه بازیافت شده و الیاف پلاستیکی است که با همان کندسوز کننده و دافع حشرات و جوندگان مورد استفاده در عایق سلولزی بهسازی می‌شود. عایق پنبه خواص حرارتی مشابه پشم شیشه و عایق سلولزی دارد. بعضی مصرف‌کنندگان حساس به مواد شیمیایی احساس می‌کنند که استفاده از این نوع عایق از نظر سلامتی بر سایر انواع برتری دارد.

با این وجود، مطالعات میدانی نشان داده است که معمولا این مورد مهم نیست و سایر منابع آلاینده هوای داخل ساختمان اهمیت بیشتری نسبت به نوع عایق‌کاری دارند. عایق پشم و کنف در کشورهای صنعتی غرب مانند آمریکا نسبتا ناشناخته‌اند، اما در بعضی کشورهای کمتر صنعتی مصرف می‌شود. هر دو محصول مقاومت حرارتی سایر انواع عایق الیافی را ایجاد می‌کند. ساخت ساختمان با مکعب‌های به هم فشرده کاه، که در ۱۵۰ سال پیش در دشت‌های بزرگ ایالات متحده رایج بود، اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. پنل‌های کاه در سال ۱۹۳۰ میلادی فرآیند به هم پیوند دادن کاه در داخل تخته‌ها بدون چسباننده توسعه یافت. پنل‌ها معمولا دارای ضخامتی بین ۵ تا ۱۰ سانتی‌متر هستند و با کاغذ کرافت سنگین روی هر طرف پوشش داده می‌شود. همچنین پنل‌های عایق صوتی موثری برای جداکننده‌های داخلی تولید می‌شود. بعضی تولیدکنندگان SIP را با پنل‌های چند لایه، کاه فشرده توسعه داده‌اند. فوم‌های پلیمری فوم جسمی است که از دو فاز مختلف گاز و جامد تشکیل شده است.

در مورد فوم‌های پلیمری فاز جامد از پلیمر ساخته شده است. در یک توده فومی دو نوع فضای خالی در بخش پلیمری می‌تواند وجود داشته باشد که آنها را سلول می‌نامند. از این‌رو دو نوع سلول شامل باز و بسته در فوم‌ها وجود دارند. در مورد فوم‌های سلول باز فاز گاز موجود نیز پیوسته است در حالی که در فوم‌های سلول بسته فاز گاز ناپیوسته است. نوع سلول شدیدا خواص مکانیکی و حرارتی فوم‌های پلیمری را تغییر می‌دهد. انواع فوم‌های پلیمری به شرح زیر است: فوم پلی‌استایرن فوم پلی‌یورتان فوم فنلیک فوم اوره فرمالدئید فوم پلی وینیل کلراید ‌ فوم پلی وینیل الکل _ فرمالدئید فوم اپوکسی فوم‌های دیگر از میان این فوم‌ها مورد یک تا پنج در عایق‌کاری ساختمانی و پانل‌های ساندویچی به کار برده شده‌اند. شایان ذکر است که در پانل‌های ساندویچی اغلب فوم‌های سخت که سلول باز هستند به کار برده می‌شوند. پلیمرهایی که در ساخت این فوم‌ها استفاده می‌شوند به دو دسته کلی گرمانرم و گرماساخت تقسیم می‌شوند. فوم‌های پلی‌استایرن و PVC مثال‌های مورد اول و فوم‌های فنلیک، اوره فرمالدئید و پلی‌یورتال مثال‌های مورد دوم هستند. از این رو بسته به نوع پلیمر به کار رفته در فوم ساخته شده نحوه تولید آن متفاوت است.

آنچه که در مورد فوم‌های مختلف اهمیت دارد نوع پلیمر و نوع گازی است که در سلول‌های آن قرار دارند. این دو عامل ضریب هدایت حرارتی و یا توانایی یک فوم را در ایفای نقش عایق حرارتی تعیین می‌کند. پلی‌استایرن منبسط مصالح عایق‌کاری حرارتی فوم پلی‌استایرن صلب، مصالح پلاستیک سلولی صلبی با یک ساختار عمدتا سلول بسته است که از پلی‌استایرن یا از کوپلیمرهایی که تشکیل‌دهنده اصلی آنها پلی‌استایرن است، ساخته می‌شود. بنابر روش تولید، تمایزی بین فوم پلی‌استایرن تولید شده با انبساط دانه‌های پلی‌استایرن برای تشکیل حبه‌ها (به اختصار فوم منبسط شده EPS) که پس از آن به هم متصل می‌شود تا تخته‌ها را تشکیل دهند و فوم پلی‌استایرن فوم شده با اکسترود کردن، (به اختصار فوم اکسترود شده XPS) وجود دارد. فوم پلی‌استایرن به طور وسیعی در عایق حرارتی به کار برده شده است. قیمت آن پایین بوده، در دسترس بوده و به راحتی ساخته می‌شود، محکم و پایدار بوده و در برابر تخریب مقاوم است. پلی‌استایرن اکسترود شده به صورت تخته در اندازه‌های مختلف جهت ساخت دیوار و عایق بام در دسترس است.

دانه‌های قابل انبساط پلی‌استایرن را نیز می‌توان به صورت صفحاتی برای نما در ساختمان‌سازی ساخته و به کار برد. در مواردی که کاربرد عایق حرارتی موردنظر است مقاومت بالا لازم نبوده و پلی‌استایرن منبسط به اندازه کافی مقاومت دارد. فوم پلی‌استایرن را در جرم ویژه‌های بسیار پایین نیز می‌توان تولید کرد ولی کاهش جرم ویژه به افزایش ضریب هدایت حرارتی با کاهش عایق حرارتی و افزایش انتقال بخار آب می‌انجامد. از این رو از این نوع فوم‌های بسیار سبک در کاربردهای بسیار حساس نمی‌توان استفاده کرد. فوم پلی‌یورتان فوم پلی‌یورتان صلب فرآورده یا مصالح عایق‌ کاری پلاستیکی سلولی نیمه صلب یا صلب با یک ساختار سلولی اساسا بسته که بر پایه پلی‌یورتان قرار دارد. مصالح عایق‌ کاری فوم پلی‌ یورتان صلب (PUR) در حضور کاتالیزورها و مواد دمنده با واکنش شیمیایی پلی‌ایزوسیانات‌ها با ترکیبات حاوی هیدروژن اسیدی و یا با تریمریزاسیون پلی ایزوسیانات‌ها ساخته می‌شوند.