تعریف
هیچ تعریف مدونی دربارهٔ عایق سازی بهینه وجود ندارد. اما ساختمانهایی که بطور بهینه عایق سازی شدهاند، عموماً شامل ویژگیهای زیر هستند:
مقدار بسیار زیاد عایق سازی (معمولاً دیوارها ۴۰ pRi و سقف ۶۰ Rip که با مقادیر ۰.۱۵ SI U و W/(m2k)0.1 هر کدام بطور جداگانه یکسان است).
- حصول اطمینان از ادامهٔ عایق کاری در محل اتصال دیوارها به سقف، فونداسیونها و سایر دیوارها
- نفوذ ناپذیر ساختن هوا به ویژه در اطراف درها و پنجرهها
- داشتن سیستم تهویهٔ بازیافت گرما برای فراهم کردن هوای تازه
- عدم وجود پنجرههای بزرگ در هر جهت
- ایجاد سیستم عادی گرمایش بسیار کوچکتر از انواع عادی آن، گاهی فقط یک بخاری پشتیبان کوچک
نیسون و دات (۱۹۸۵) پیشنهاد کردند که اگر هزینهٔ گرمایش فضا کمتر از هزینهٔ گرمایش آب باشد، منزل میتواند بصورت عایق سازی بهینه توصیف گردد.
نظریه
از یک منزل بهینه عایق سازی شده انتظار میرود که نیازهای گرمایشی بسیار کمتری داشته باشد و حتی میتواند با منابع گرمایشی عمدتاً طبیعی و ذاتی (گرمای هرز شده که توسط وسایل منزل و گرمای بدن ساکنین آن تولید میشود) به همراه مقدار بسیار اندکی از گرمای پشتیبان گرم میشود. کارکرد این مورد حتی در آب و هوای بسیار سرد به اثبات رسیده است؛ اما نیاز به توجه ویژه به جزئیات ساخت علاوه بر عایق سازی بهینه دارد.
تاریخچه
اصطلاح عایق سازی بهینه توسط “وین شیک” در نهضت شهرسازی دانشگاه ایلینویز ابداع شد. وی در سال ۱۹۷۶ بخشی از یک تیم بود که طراحی خاصی به نام منزل ” cal-lo” را به ظهور رساند که بااستفاده از شبیهسازیهای رایانهای بر اساس آب و هوای مدیسون ایالت ویسکانسین انجام داد. چندین خانه، دوبلکس و آپارتمان بر طبق اصول cal-lo درنهضت شهرسازی در ایالت ایلینویز در دههٔ ۱۹۷۰ ساخته شد. در سال۱۹۷۷ “خانهٔ ساسکاچوان” در رجینای ساسکاچوان توسط گروهی متشکل از چند بنگاه دولتی کانادایی ساخته شد. این نخستین خانهٔ ساخته شده بود که ارزش عایق سازی بهینه را به مردم نشان میداد و توجه بسیاری را جلب کرد. این ساختمان شامل پانلهای خورشیدی لولههای تخلیهٔ آزمایشی بود اما بکار نیامد و پس از مدتی برداشته شد.
در سال ۱۹۷۷ “خانه لگر” توسط “یوجین لگر ” در پپرل شرقی ایالت ماساچوست ساخته شد. این خانه ظاهر عادی تری نسبت به “خانهٔ ساسکاچوان” داشت و از اقبال عمومی گستردهای برخوردار شد.
توجه عموم مردم به “خانهٔ ساسکاچوان” و “خانهٔ لگر” بر سایر سازندگان تاثیر گذاشت و منازل دارای عایق سازی بهینهٔ زیادی در طول سالهای بعد ساخته شد. این خانهها بر “ولفگانگ فیست” نیز در حالی که در حال پایه ریزی استانداردهای خانههای کنش پذیر بود، تاثیر گذاشت.
تقویت و مقاومسازی
تقویت عایق سازی در منازل یا ساختمانهای موجود امکانپذیر و بطور فزایندهای مطلوب شده است. معمولاً آسان ترین راه، اضافه کردن لایههای عایق بیرونی سخت پیوسته است و گاهی با ساخت دیوارهای خارجی جدید امکانپذیر میشود که فضای بیشتری برای عایق سازی فراهم کنند. یک سد بخار را میتوان در بخش خارجی چارچوب اصلی نصب کرد، اما ممکن است نیاز نباشد. سد هوای پیوستهٔ ارتقا یافته یک جزء با ارزش برای افزودن میباشد، زیرا خانههای قدیمی مستعد نمناکی هستند و چنین سد هوایی میتواند برای دوام و صرفه جویی انرژی مهم باشد. در هنگام اضافه کردن سد بخار، همچنانکه میتواند خشک کردن رطوبت اتفاقی را کم کند، یا حتی باعث بروز رطوبت تابستانی (در آب و هواهایی با تابستانهای مرطوب) و در نتیجه ایجاد کپک و قارچ میگردد. این امر ممکن است سبب بروزمشکلات بهداشتی برای ساکنان شود و ساختار ساختمان را تخریب نماید. سازندگان بسیاری در شمال کانادا از رویکرد سادهٔ ۱/۳ تا ۲/۳ استفاده میکنند و سد بخار را بیرون تر از ۱/۳ مقدار R بخش عایق شدهٔ دیوار قرار نمیدهند. این روش عمدتاً برای دیوارهای داخلی که دارای مقاومت کم یا بدون مقاومت بخار هستند، با ارزش است (مثلاً از عایق فیبری استفاده میکنند و این امر نشت و نفوذ نم و هوا را علاوه بر انتشار بخار کنترل میکند. این رویکرد اطمینان خواهد داد که نمناکی بوجود نخواهد آمد یا درون سد بخاردر طول فصل سرما رخ نخواهد داد.
قانون ۱/۳: ۲/۳ اطمینان میدهد که دمای سد بخار زیر دمای نقطهٔ شبنم در دمای داخلی نخواهد رفت و تا حد امکان مشکلات رطوبت درهوای سرد را به حداقل میرساند. مثلاً در دمای معمولی اتاق با ℃ ۲۰ (℉۶۸) دمای سد بخار تنها ℃۳/۷
(۴۵℉) میرسد در حالی که دمای بیرون℃ ۱۸ – (℉۱-) است. دمای نقطهٔ شبنم درون منزل به احتمال زیاد در حدود ℉۰ (℉۳۲) است هنگامی که دمای بیرون بسیار کمتر از دمای پیش بینی شدهٔ سد بخار است و به این ترتیب قانون ۱/۳: ۲/۳ کاملاً محافظه کارانه است. برای مناطق آب و هوایی که اغلب℃ ۱۸ – را تجربه نمیکنند، قانون ۱/۳: ۲/۳ باید به ۴۰:۶۰٪ یا ۵۰ :۵۰٪ اصلاح شود. همانطور که دمای نقطهٔ شبنم هوای اتاق مبنای مهمی برای این قوانین است، ساختمانهایی با رطوبت داخلی زیاد در طول فصول سرد (مانند موزهها، استخرها، خانههای نمناک یا دارای تهویهٔ نامناسب) ممکن است نیاز به قواعد متفاوتی داشته باشند همچنانکه ساختمانهایی با محیط داخلی خشک تر (مانند ساختمانهای دارای تهویهٔ زیاد و انبارها) میتوانند از قواعد متفاوتی استفاده کنند. کد مسکونی بینالمللی ۲۰۰۹ (IRC) حاوی قواعد جدیدتری برای راهنمایی انتخاب عایق در فضای بیرونی منازل جدید است که همچنین میتوان برای تقویت و مقاومسازی خانههای قدیمی بکار برد.
ساختمان نفوذپذیر به بخار که بیرون دیوار اصلی آن پوشیده شده است، کمک میکند که باد به داخل نفوذ نکند و بخش بیرونی آن خشک باشد. نمد آسفالتی و محصولات دیگری مانند محصولات بر پایهٔ پلیمر نفوذ پذیر برای این منظور در دسترس هستند و معمولاً برای مانع مقاوم به آب یا صفحهٔ زهکش به صورت دوبل بکار میروند. مقاومسازیهای داخلی در جایی که مالک خواهان حفظ نمای قدیمی بیرونی است، و یا جایی که الزام عقب نشینی، فضایی را برای مقاومسازی خارجی باقی نگذارد، امکانپذیر است. نصب سد هوا دشوارتر است و عایق گرمایی پیوسته به خطر میافتد (به دلیل تقسیم بندیهای زیاد، کف ونفوذ نم سرویسها)، مجموعهٔ دیوارهای خارجی در هوای سرد قرار میگیرند و به این ترتیب برای رطوبت مستعد تر شده و آهسته تر خشک میشوند. ساکنان نیز در معرض تخریبهای عمده هستند و منزل با فضای دا خلی کمتری باقی میماند.
رویکرد دیگر استفاده از روش ۱/۳ تا ۲/۳ که در بالا ذکر شد، میباشد که طی آن نصب یک تاخیر انداز بخار در بخش داخلی دیوار موجود و افزودن عایق و پشتیبانی سازه در بخش داخلی است. در این روش تاسیسات (مانند برق، تلفن، کابل و لوله کشی) را میتوان در این فضای دیوار جدید بدون نفوذ سد هوا اضافه کرد. کاربرد موانع بخار پلی اتیلنی به جز در مناطق آب و هوایی بسیار سرد خطرناک هستند زیرا توانایی دیوار را در خشک کردن بخش داخلی محدود میکنند. همچنین این رویکرد مقدار عایق سازی داخلی را که میتوان به مقدار اندکی اضافه کرد، محدود میکند. (مثلاً ۶ R را میتوان به یک دیوار ۴*۲ R12 افزود.
عایق کردن صوتی و حرارتی ساختمان ها
یکی از اهداف احداث ساختمان ها و به خصوص مسکن کنترل و تنظیم شرایط محیط زندگی درون ساختمان است که می بایستی از عوامل مختلف جوی ایمن بوده و شرایط آن یکنواخت و تنظیم شده و قابل کنترل باشد. به عبارت دیگر، یک ساختمان می بایستی علاوه بر سایر شرایط، در مقابل تبادل حرارتی و نفوذ گرما و سرما عایق باشد. که از آلودگی های موجود در هوا ورود و خروج هوا از آن جلوگیری شود و با توجه به شرایط جدید زندگی و آلودگی های صوتی، در مقابل این آلودگی ها نیز عایق و مقاوم باشد. از نظر حرارتی، درجه حرارت مناسب هوای داخل ساختمان بین ۲۰ تا ۲۲ درجه سانتیگراد است، و از نظر سروصدا نبایستی صداهای بیشتر از ۴۰ دسی بل برای اتاق نشیمن و ۳۰ دسی بل برای اتاق خواب به داخل ساختمان نفوذ نماید. عایق های حرارتی و صوتی وجه اشتراک داشته و انواع آن عبارتند از پشم های معدنی به صورت فشرده، یونولیت، پلی اورتان. اگر یک لایه از عایق پشم های معدنی به ضخامت ۵ سانتیمتر در درون دیوار به کرا برده شود. همان طور که ضریب انتقال حرارتی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، نفوذ سر و صدا را نیز به میزان قابل محاسبه ای کاهش داده و ایجاد آرامش می نماید. اضافه نمودن عایق در دیواره های ساختمان اثرات زیادی در جلوگیری از تبادل حرارتی و اتلاف انرژی، و همچنین کاهش نفوذ سروصدا خواهد داشت. در هوای سرد و هنگامی که باید با سرعت ۳۳ کیلومتر در ساعت بوزد، اگر اطراف در ورودی یک ساختمان درزی برابر با ۳ میلیمتر وجود داشته باشد، مقدار اتلاف انرژی برابر BTU240000 در ساعت خواهد بود. بنابراین باید گفت اولین اقدام برای جلوگیری از اتلاف انرژی در این ساختمان بستن این درز خواهد بود. در ساختمانی که دارای پنجره های زیادی است (بیش از ۳۰درصد مساحت نما)، جلوگیری از اتلاف انرژی توسط تغییر در اجرای پنجره ها مفیدتر از تغییر در اجرای دیواره های بیرونی ساختمان است. برای مثال، در ساختمانی با حدود ۱۵۰ مترمربع زیربنا و با پنجره های بدون شیشه دوبل، مساحت کل پنجره های این ساختمان حدود ۲۵درصد مساحت دیوارها است. به عبارت دیگر مساحت پنجره ها ۳۰ مترمربع در مقابل ۹۰ مترمربع سطح دیوار می باشد و اتلاف حرارت از پنجره ها دوبرابر اتلاف انرژی از دیوارهای عادی بدون عایق است. در چنین شرایطی، جلوگیری از اتلاف انرژی توسط پنجره ها بیشتر از عایق بندی دیوارها اهمیت دارد، و اگر دیوارها عایق بندی شود و پنجره ها به همین حالت رها گردد، نتایج موردنظر از عایق بندی حرارتی دیوارها گرفته نخواهد شد.ref
جریان هوا و رطوبت در ساختمان
اروزه با وجود سیستم های مکانیکی بسیار خوب جهت تهویه در ساختمان شرایط درون ساختمان تحت تأثیر عبور هوا از دیوار بیرونی ساختمان است، و یکی از بزرگترین عوامل تخریب پوشش بیرونی ساختمان ها نفوذپذیری آنها در مقابل هوا می باشد، که این امر باعث بروز مشکلات زیر خواهد بود: ۱- اتلاف انرژی در زمستان و تابستان ۲- آلودگی هوای داخل ساختمان ۳- عملکرد نادرست وسایل کنترل سیستم تهویه ۴- یخ زدن لوله ها، زنگ زدگی، پوسیدگی و تخریب در اثر یخ زدن ۵- تخریب در گچ کاری، نقاشی و رنگ کلیه مصالحی که نسبت به رطوبت حساسیت دارند. اینکه نفوذ هوا به داخل ساختمان تا کنون مورد توجه مهندسین معمار نبوده به دلیل آن است که نسبت به حجم هوایی که درعمل از دیوارهای خارجی ساختمان ها عبور می نماید آگاهی ندارند. عبور هوا معمولاً از فضای دارای فشار بیشتر به فضای کم فشار می باشد. در ساختمان ها مکانیسم های متعدد وجود دارد که فشار هوا را تغییر داده و باعث نفوذ هوا می شود. بعضی از این مکانیسم ها عبارتند از: فشار باد، ایجاد حالت دودکش و فشار مکانیکی. فشار باد از دو قسمت تشکیل می شود، یکی فشار مثبت در جهت وزیدن باد (عمود بر ساختمان) و یکی فشار منفی در پشت یا در طرف پناه نسبت به باد. آنچه که بدان توجه نمی شود در واقع وجود مکش و مقدارزیادی فشار منفی در طرف پناه نسبت به ورزش باد است. این فشار منفی حالت مکش تولید کرده و مشابه نیرویی عمل می کند که بر بال های هواپیما وارد می شود و باعث پرواز می گردد، و در بعضی شرایط ممکن است چندین برابر فشار مثبت باد باشد. در شرایط هوای سرد، هوای داخل ساختمان گرم شده و در نتیجه حجم آن زیاد می شود و مقداری از آن با فشار ایجاد شده از درزهای بازشو (درزهای موجود) در ارتفاع بالاتر ساختمان خارج می شود. هوای سنگین تر و سردتر از طریق درزهای موجود در قسمت پائین تر به داخل ساختمان نفوذ می نماید. این حرکت و عملکرد دودکشی است، و مشابه عملکرد بخاری ها است که دود از آن خارج می شود. در ساختمان های بلند درهای ورودی بزرگترین منفذ برای حرکت هوای سنگین تر و سردتر در زمستان به داخل ساختمان می باشد. نکته مهم در مورد ایجاد اثر دودکشی قدرت سرایت و نفوذ آن است. این فشار در مقایسه با فشار باد خیلی مداوم و یکنواخت است. هر زمان که درجه حرارت داخل ساختمان با بیرون آن متفاوت باشد نفوذ هوا از خارج به داخل یا از داخل به خارج انجام می شود. منبع دیگری که ایجاد فشار نموده و باعث عبور هوا از خارج به داخل یا از داخل به خارج می شود، تفاوت فشارهایی است که توسط فن ها و بادبزن ها ایجاد می گردد. اگر امکان خارج کردن هوا به وسیله هواکش و دودکش وجود داشته باشد، آن وقت فشار هوا در داخل ساختمان کم شده و هوای بیرون می خواهد با فشار وارد ساختمان شود. مهندسین مکانیک همیشه خواستار ایجاد فشار مثبت در داخل ساختمان هستند، تا بدین وسیله از ورود هوای خارج همراه با آلودگی ها جلوگیری نمایند. در چنین شرایطی، هوا از جداره ساختمان به بیرون نفوذ می نماید. در یک اطاق ۳×۳×۳ متر که دارای دوپنجره است که ابعاد هرکدام از آنها ۱۲۰×۱۰۰ سانتی متر است، عبور هوا از درزهای این پنجره ها باعث می شود که تقریباًکمی بیشتر از هر دو ساعت هوای اتاق عوض شود. به عبارت دیگر عبور هوا در حدود ۴/۰ لیتر در ثانیه است. هوا از دیوارهای بلوک سیمانی و آجر که بدون نماسازی و نازک کاری باشد نیز عبور می نماید.
میزان عبور هوا از یک درز به عرض ۳ میلی متر و طول ۳۰ سانتی متر با فشاری معادل ۷۵ پاسکال در حدود ۱۰ لیتر در ثانیه و در طول ۲۴ ساعت عبور هوا معادل ۸۶۴مترمکعب خواهد بود. اگر رطوبت متوسط ۳۰درصد در نظر گرفته شود، این هوا حدود ۵کیلوگرم آب را از این شکاف عبور می دهد.ref
به کاربردن سد هوا-بخار
با وجودی که بندکشی و بتونه کاری و همچنین گچ کاری و سفیدکاری بر روی دیوارهای مصالح ساختمانی تا حدودی آنها را در مقابل نفوذ هوا حفظ می نماید، اما چون در اثر خشک شدن مصالح ساختمانی، و در اثر انقباض و انبساط سازه و سایر مصالح ترک هایی در آنها به وجود می آید، برای جلوگیری از عبور هوا و بخار و ایجاد یک عایق مطمئن برای عبور هوا و یک سد برای بخار ضرورت دارد از مصالحی استفاده شود که خود قابلیت انعطاف داشته و در اثر عوامل مختلف در آنها ترک یا پارگی به وجود نیاید. در هیچ شرایطی نباید انتظار داشت که فیلم پلی اتیلن بتواند به عنوان سد هوا عمل نماید. عمر مفید آن نامعین است، و در مقابل فشار باد مقاومت ندارد. آن را نمی توان به اجزای سازه ساختمان چسباند و از بین اجزای سازه ای عبور داده و به اجزای دیگر چسباند. در حال حاضر بهترین نتیجه از غشاهای قیر و گونی مانند، مثل ایزوگام به دست آمده است. این غشاها با فرمول هایی تهیه شده اند که می توان آن ها را روی دیوار حایل آجری یا بتنی، ورقه های گچی یا فلزی چسباند، در مورد ورقه های ایزوگام مانند که با حرارت و ذوب کردن می چسبانند آزمایش های زیادی انجام شده است. هر سطحی را می پوشاند و سد هوا را می نماید و بیشتر از آن در جاهایی که امکان حرکت وجود داشته باشد قابلیت انعطاف نشان می دهد. از خصوصیات مهم دیگر این مواد آن است که هم زمان عایق های رطوبتی و عایق و سد بخار خوبی هستند.ref
شرایط اجرایی خوب برای سد هوا-بخار، و عایق حرارتی
۱- در جزییات جدار بیرونی ساختمان ها بایستی یک سطح هموار و ممتد برای نصب عایق سد هوا-بخار، احداث شود. ۲- سد هوا-بخار می بایستی از جنس دارای قابلیت انعطاف استفاده شود و به طور ممتد و یکنواخت اجرا گردد. ۳- در جاهایی که امکان تغییر شکل سازه وجود دارد مقداری از عایق سد هوا-بخار به اندازه تغییر شکل اضافه در نظر گرفته شود تا در اثر حرکت سازه این سد و عایق قطع نگردد. ۴- عایق حرارتی بایستی کاملا به سد هوا-بخار چسبیده باشد، تا هوا به فاصله بین آنها نفوذ ننماید، و سد هوا-بخار همیشه گرم نگه داشته شده و از تعرق در داخل عایق حرارتی جلوگیری گردد. ۵- چون از نماسازی های جلوگیری این عایق های حرارتی آب باران عبور می نماید، بهتر است برای خارج شدن این آب فاصله بین نماسازی و عایق حرارتی وجود داشته باشد.
در جزئیات زیر استفاده از عایق سد هوا-بخار، و عایق حرارتی در قسمت های مختلف دیوار بیرونی ساختمان نشان داده شده، که بایستی هر دو حالت ممتد را داشته و از شالوده تا روی بام ساختمان کشیده شده باشد. بدیهی است هر کجا این عایق ها قطع گردد، نقطه ضعف برای ساختمان بوجود می آید و در اقلیم های سرد و خشک در همان نقطه تعریق، یخ زدگی و تبادل حرارتی وجود خواهد داشت و مصالح ساختمانی را تخریب خواهد نمود.ref
هزینهها و منافع
در ساخت و ساز جدید، هزینهٔ عایق کاری بهینه و چارچوب بندی دیوار را میتوان با عدم لزوم ایجاد سیستم گرمایش مرکزی تخصیص یافته، تعدیل کرد. در منازلی که دارای تعداد زیادی اتاق با بیش ازیک طبقه است، تهویهٔ هوا یا گرمایش مرکزی بسیار بزرگ معمولاً توجیه میشود و یا لازم است تا اطمینان از هوای گرم یکنواخت بطور کافی حاصل شود. کورههای کوچک زیاد گرانقیمت نیستند و بعضی از شبکههای داکت در همهٔ اتاقها تقریباً همیشه لازم است تا تهویهٔ هوا را در هر شرایطی فراهم نماید. زیرا اوج تقاضا و مصرف انرژی سالانه کم است، سیستمهای گرمایش مرکزی جدید و گرانقیمت معمولاً مورد نیاز نیست. از همین رو حتی بخاریهای برقی را میتوان مورد استفاده قرار داد. بخاریهای برقی عموماً فقط در سردترین شبهای زمستان که تقاضای برق اندک است مصرف میشود. شکلهای دیگر بخاری پشتیبان که بطور گستردهای استفاده میشود، مانند شومینههای چوب سوز، بویلرهای گاز طبیعی و حتی کورهها. هزینهٔ مقاومسازی و تقویت با عایق سازی بهینه میتواند برای متوازن کردن هزینهٔ آیندهٔ سوخت گرمایشی نیاز باشد (که میتوان انتظار داشت سال به سال با توجه به مشکلات تامین سوخت، بلایای طبیعی یا رویدادهای مربوط به جغرافیای سیاسی نوسان داشته باشد) و نیز آرزوی کاهش آلودگی در گرمایش یک ساختمان یا طلب فراهم کردن آسایش گرمایی مورد انتظار باشد. یک منزل با عایق کاری بهینه در صورت قطع طولانی برق در فصول سرد مدت خیلی بیشتری طول میکشد تا سرد شود، مثلاً پس از طوفان یخ شدید که خطوط انتقال برق صدمه میبینند، زیرا اتلاف گرما بسیار کمتر از ساختمانهای عادی است اما ظرفیت ذخیرهٔ گرمایی مصالح ساختمانی و محتویات آن یکی است. آب و هوای نامساعد ممکن است مانع از تلاش برای ذخیره کردن برق شود که منجر به قطع برق به طول یک هفته یا بیشتر میشود. در هنگام محرومیت از تامین مداوم برق (اعم از گرمایشی بطور مستقیم یا برای بکار اندازی کورههای گازی)، منازل عادی در فصول سرد با سرعت بیشتری سرد میشوند و ممکن است خطر بزرگتری برای انجماد لولههای آب باشد. ساکنانی که از روشهای گرمایشی مکمل بدون توجه مناسب در این فصول یا هر زمان دیگری بهره میبرند، ممکن است خود را در معرض خطر آتشسوزی یا مسمومیت با گاز مونواکسید کربن قرار دهند.
برچسب:
نویسنده: محمد رضا جوادیان
تاريخ: چهارشنبه
26 اسفند
1394 ساعت: 9:49
جهت دسترسی به توضیحات این کتاب در Amazon 
جهت دسترسی به توضیحات این کتاب در Amazon 
دانلود – ۹.۰ مگابایت
جهت دسترسی به توضیحات بیشتر درباره ی کتاب 
چنانچه کتاب خاصی مدٌ نظرتان است، آن را در قسمت نظرات معرفی کنید تا در صورت امکان در وبلاگ قرار گیرد.
