عایق حرارتی انتقال حرارت بین اجسام جامد، سیالات یا گازها را با ایجاد یک مانع بین آنها کاهش می دهد. عایق کاری می تواند برای طیف وسیعی از صنایع از جمله انرژی، صنعتی، پزشکی و غیره حیاتی باشد. این کاربردهای پیچیده محیط های حرارتی بهینه را برای عملکرد کارآمد می طلبند. آنها از انواع فناوری های عایق برای حل چالش های حرارتی در سیستم خود استفاده می کنند.

عایق حرارتی چگونه کار می کند؟

مواد عایق حرارتی سرعت جریان گرما بین اجسام یا مواد را محدود می کنند. مواد با کمترین رسانایی حرارتی بالاترین عملکرد عایق را ارائه می دهند. علاوه بر هدایت حرارتی، سایر خواص فیزیکی ممکن است در هنگام انتخاب مواد عایق در نظر گرفته شود، مانند:

تراکم

ضخامت

ظرفیت حرارتی خاص

مقاومت حرارتی

انتشار حرارتی

برخی از رایج ترین عایق های حرارتی فایبرگلاس، پشم معدنی، فوم پلی اورتان و پلی استایرن هستند. برخی از عایق های حرارتی با بالاترین عملکرد عبارتند از آیروژل، پیروژل و عایق خلاء پیشرفته.

عایق دو جداره

گازها رسانای ضعیفی برای گرما هستند زیرا مولکولهای آنها از هم دور هستند. استفاده از هوا به عنوان عایق با به دام انداختن آن بین دو لایه ماده جامد امکان پذیر است. عایق دو جداره به سیستم هایی اطلاق می شود که گاز را برای تشکیل یک مانع حرارتی به دام می اندازند. به عنوان مثال، یک واحد شیشه ای عایق یا پنجره حرارتی از این تکنیک برای کاهش سرعت انتقال حرارت استفاده می کند. این پنجره ها دارای دو یا سه لایه شیشه با یک فضای مهر و موم شده در بین آنها هستند. این فضاها با آرگون یا گازهای دیگری پر می شوند که مخصوصاً رسانای ضعیف گرما هستند و در نتیجه تبادل گرمای همرفتی و رسانا را از طریق پنجره کاهش می دهند.

عایق حرارتی برای چه مواردی استفاده می شود؟

عایق حرارتی با جلوگیری از اتلاف گرما از هر سیستمی به حفظ محیط مورد نظر کمک می کند. عایق بندی مناسب می تواند مزایای زیادی داشته باشد، از جمله افزایش بهره وری انرژی و کاهش هزینه های انرژی. به عنوان مثال، عایق کاری خانه ها می تواند هزینه های سالانه گرمایش و سرمایش کمتری را برای صاحبان فراهم کند. به طور مشابه، در یک کارخانه فرآیند، یک لوله عایق می تواند از انتقال حرارت جریان سیال به محیط های اطراف جلوگیری کند و سیال را در دمای خروجی مورد نظر تحویل دهد.

در حالی که اینها برخی از موارد استفاده اولیه هستند، عایق حرارتی موثر نقش مهمی در تضمین عملیات کارآمد و ایمن در طیف گسترده ای از صنایع، از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، غذا و نوشیدنی، تولید و نیروگاه ها ایفا می کند.

پنج مورد از بهترین عایق های حرارتی عبارتند از

1. عایق فایبرگلاس

مواد عایق فایبرگلاس صورتی

فایبرگلاس رایج ترین عایق مورد استفاده در دوران مدرن است. فایبرگلاس به دلیل نحوه ساخت آن، با بافت موثر رشته های ظریف شیشه در یک ماده عایق، می تواند انتقال حرارت را به حداقل برساند. نقطه ضعف اصلی فایبرگلاس خطر دست زدن به آن است. از آنجایی که فایبرگلاس از سیلیکون ریز بافته شده ساخته شده است، پودر شیشه و خرده های ریز شیشه تشکیل می شود. در صورت عدم استفاده از تجهیزات ایمنی مناسب، اینها می توانند به چشم ها، ریه ها و حتی پوست آسیب برسانند. با این وجود، هنگامی که از تجهیزات ایمنی مناسب استفاده می شود، نصب فایبرگلاس را می توان بدون حادثه انجام داد.

فایبرگلاس یک ماده عایق غیر قابل اشتعال عالی است، با مقادیر R از R-2.9 تا R-3.8 در هر اینچ. اگر به دنبال یک عایق ارزان قیمت هستید، این قطعا راه حلی است، اگرچه نصب آن نیازمند اقدامات احتیاطی ایمنی است. هنگام استفاده از این محصول حتما از محافظ چشم، ماسک و دستکش استفاده کنید.

2. پشم معدنی

مواد عایق پشم معدنی

پشم معدنی در واقع به چندین نوع عایق مختلف اشاره دارد. اول، ممکن است به پشم شیشه اشاره داشته باشد که فایبرگلاس ساخته شده از شیشه بازیافتی است. دوم، ممکن است به پشم سنگ اشاره داشته باشد که نوعی عایق ساخته شده از بازالت است. در نهایت، ممکن است به پشم سرباره ای اشاره داشته باشد که از سرباره کارخانه های فولاد تولید می شود. اکثر پشم معدنی در ایالات متحده در واقع پشم سرباره است.

پشم معدنی را می توان به صورت چوبی یا به عنوان یک ماده شل خریداری کرد. بیشتر پشم‌های معدنی فاقد مواد افزودنی هستند تا در برابر آتش مقاوم باشند. با این حال، این ماده غیر قابل احتراق است، بنابراین می تواند از گسترش آتش سوزی تا 1400 درجه فارنهایت جلوگیری کند، اما ممکن است همیشه بهترین گزینه در صورت وجود گرمای شدید نباشد. پشم معدنی دارای R-value از R-2.8 تا R-3.5 است.

3. سلولز

مواد عایق سلولزی

عایق سلولزی شاید یکی از سازگارترین اشکال عایق محیطی باشد. سلولز از مقوای بازیافتی، کاغذ و سایر مواد مشابه ساخته می شود و به شکل شل در می آید. سلولز دارای R-value بین R-3.1 و R-3.7 است. برخی از مطالعات اخیر روی سلولز نشان داده اند که ممکن است یک محصول عالی برای استفاده در به حداقل رساندن آسیب آتش سوزی باشد. به دلیل فشردگی مواد، سلولز تقریباً فاقد اکسیژن در داخل آن است. بدون اکسیژن در مواد، این کمک می کند تا میزان آسیبی که آتش سوزی می تواند ایجاد کند به حداقل برسد.

بنابراین سلولز نه تنها شاید یکی از سازگارترین اشکال عایق با محیط زیست باشد، بلکه یکی از مقاوم ترین اشکال عایق در برابر آتش نیز می باشد. با این حال، این مواد دارای معایب خاصی هستند، مانند آلرژی هایی که ممکن است برخی افراد به گرد و غبار روزنامه داشته باشند. همچنین، یافتن افراد ماهر در استفاده از این نوع عایق در مقایسه با مثلاً فایبرگلاس، نسبتاً سخت است. با این حال، سلولز یک وسیله ارزان و موثر عایق است.

4. فوم پلی اورتان

کاربرد اسپری عایق پلی اورتان

در حالی که فراوان ترین عایق ها نیستند، فوم های پلی یورتان فرم عالی عایق هستند. امروزه فوم های پلی یورتان از گاز غیر کلروفلئوروکربنی (CFC) برای استفاده به عنوان عامل دمنده استفاده می کنند. این به کاهش میزان آسیب به لایه اوزون کمک می کند. آنها نسبتاً سبک هستند و وزن آنها تقریباً دو پوند در هر فوت مکعب (2 پوند / فوت ^ 3) است. آنها دارای R-value تقریباً R-6.3 در هر اینچ ضخامت هستند. فوم هایی با چگالی کم نیز وجود دارد که می توان آنها را در مناطقی که عایق ندارند اسپری کرد. این نوع عایق های پلی یورتان معمولاً دارای امتیاز تقریباً R-3.6 در هر اینچ ضخامت هستند. یکی دیگر از مزایای این نوع عایق ضد حریق بودن آن است.

5. پلی استایرن

مواد پلی استایرن

پلی استایرن یک فوم ترموپلاستیک ضد آب است که یک ماده عالی عایق صدا و دما است. این در دو نوع منبسط شده (EPS) و اکسترود شده (XEPS) که به نام استایروفوم نیز شناخته می شود وجود دارد. این دو نوع در رتبه بندی عملکرد و هزینه متفاوت هستند. XEPS پرهزینه تر دارای R-value R-5.5 است در حالی که EPS R-4 است. عایق پلی استایرن دارای سطح صاف منحصر به فردی است که هیچ نوع عایق دیگری ندارد.

به طور معمول فوم ایجاد می شود یا به صورت بلوک بریده می شود که برای عایق کاری دیوار ایده آل است. این فوم قابل اشتعال است و باید با یک ماده شیمیایی نسوز به نام هگزابروموسیکلودودکان (HBCD) پوشانده شود. HBCD اخیراً به دلیل خطرات بهداشتی و زیست محیطی مرتبط با استفاده از آن مورد انتقاد قرار گرفته است.

لایه نهایی

عایق حرارتی برای طیف وسیعی از کاربردهایی که نیاز به محیط های حرارتی بهینه دارند ضروری است. در حالی که بسیاری از برنامه ها می توانند با مواد عایق معمولی تر کار کنند، برنامه های کاربردی که از نظر حرارتی نیاز دارند برای اطمینان از عملکرد کارآمد به عایق پیشرفته نیاز دارند. موانع حرارتی با کارایی بالا مانند عایق خلاء پیشرفته می تواند عملکرد حرارتی مطلوب و صرفه جویی در انرژی حرارتی را فراهم کند.