عایق های حرارتی

واژه عایقهای حرارتی به موادی اطلاق میشود كه مانع هدر رفتن و اتلاف انرژی حرارتی شود. جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی موجب صرفه جوئی در انرژی و پول میگردد و از طرفی زمینههای ایمنی و آسایش را فراهم میسازد. عایقكاری سطوح داغ یكی از ساده ترین و مقرون به صرفه ترین روشهای افزایش بازدهی انرژی است. درجه حرارت سطح لوله ها میتواند بسیار متغیر باشد، ولی بطور تقریب مدت زمان برگشت سرمایه عایقكاری حرارتی لولهها ، كمتر از یك سال است.
از طریق ارتقاء كارآیی انرژی امكان كاهش اندازه و ظرفیت تجهیزات حرارتی، برودتی و تهویه مطبوع میسر بوده و بدین ترتیب حجم سرمایه گذاری برای خرید آنها نیز كاهش مییابد. از دیگر مزایای عایقكاری میتوان به كنترل مطلوبتر دمای فرآیندها اشاره نمود.

مواد عایق حرارتی عمدتا در سه محدوده دمایی ذیل قرار میگیرند:

الف – عایق دماهای سرمازا  كه عمدتا كمتر از منهای 73 درجه سانتیگراد میباشد.
ب – عایق حرارتی كه در برگیرنده محدوده دمای منهای 73 تا 982 درجه سانتی گراد میباشد.
ج – عایق حرارتی نسوز 2كه برای دماهای بیش از 982 درجه سانتیگراد بكار میرود.

در ساختار بدنه كوره های سیمان، فولاد و زباله سوزها از عایقهای دیرگداز و نسوز استفاده میگردد. معمولا مواد عایقهای نسوز باید در برابر سایش مقاوم باشند تا بتوانند عملكرد خوبی در دماهای بالا از خود نشان دهند. در راهنمای حاضر فقط عایقهای حرارتی ( نوع ب ) مورد بحث و بررسی قرار میگیرند.
پوشش های عایقی در انواع صفحه ای، تخته ای، بلوكی، آجری، ورقهای، نواری و قالبی به بازار عرضه میگردد. انتخاب نوع عایق حرارتی به قیمت، دمای مورد نظر، كاربرد آن و ایمنی و شرایط محیط بستگی دارد. ضخامت عایق حرارتی باید دقیقا بر اساس ضخامت بهینه اقتصادی مورد محاسبه و ارزیابی قرار گیرد تا هزینههای خرید و نصب عایق در برابر صرفه اقتصادی سود حاصل از صرفه جوئی انرژی در حد مطلوب تعیین گردد. در كتاب راهنمایی كه پیش رو دارید، مباحث فوق الذكر مورد نقد و بررسی قرارگرفته و مثالهایی در رابطه با عایقكاری و سود حاصل از آن ارائه شده است.

اصول بنیادی

واژه ها و تعاریف

متداولترین واژه ها و تعاریف در رابطه با عایقهای حرارتی ذیلا ارائه میگردد:
• هدایت (Conduction) : فرآیندی است كه طی آن حرارت از جسم داغ به جسم سردتر یا سیالی كه در تماس ثابت با آن است، انتقال مییابد.
• همرفت یا جابه جایی (Convection) : فرآیندی است كه طی آن حرارت از جسم داغ به گاز و یا مایعی كه در حركت تماسی با جسم میباشد، انتقال مییابد.
• تابش (Radiation) : انتشار حرارت ازجسم داغ، بدون آنكه در تماس با سیال یا جسم جامد باشد.
• هدایت حرارتی (Thermal Conductivity) : میزان عبور انرژی حرارتی در مواد همگن و به ازای یك واحد ضخامت میباشد كه با علامت (k) نشان داده میشود. موادی كه دارای هدایت حرارتی كمی هستند، میتوانند عایقهای خوبی محسوب شوند. میزان هدایت حرارتی توسط ( W/(m°Cو یا (Btu/(hft °F نشان داده میشود.
• گرما رسانایی (Thermal Conductance) : میزان عبور انرژی حرارتی از مواد همگن بدون در نظر گرفتن واحد ضخامت (مجموعهای از مواد) میباشد كه آنرا  با علامت (c) نشان ميدهند. ميزان گرمارسانايي را بصورت (° W/(m2.C يا (Btu/(ft2.hr.°F نشان ميدهند.
• انتشار حرارتي (Thermal Transmittance) : ميزان انتشار انرژي حرارتي توسط ماده يا مجموعهاي از مواد شامل لايه هواي مرزي 1ميباشد كه آن را با علامت (U) نشان ميدهند. ميزان انتشار حرارتي را توسط (W/(m2.k و يا (Btu/(h.ft2.°F نشان ميدهند.
• مقاومت حرارتي (Thermal Resistance) : نشان دهندة ميزان نسبي عايق بودن يا مقاومت در برابر جريان حرارتي مواد است. هر چقدر كه ميزان مقاومت حرارتي (R) بيشتر باشد، نوع عايق بهتر است. رابطه U ، C ، K و R به شرح زير قابل ارايه ميباشد:

در اينجا t = ضخامت ماده ( بر حسب متر يا اينچ)
• ميانگين دما (Mean Temperature) : متوسط حسابي و هندسي بين دمای سطوح عايق گرم و سرد ميباشد كه از طريق آن حرارت انتشار يافته است.
• ضريب تشعشع (Emissivity) : نسبت ميزان تابش انرژی حرارتي از يك سطح به ميزان تابش انرژی حرارتی از يك جسم سياه، تحت همان دما، ميباشد.
• جسم سياه (Black Body) : به جسمی اطلاق ميشود كه بتواند كل تابش بر سطح خود را جذب نمايد و يا هيچ قسمت از تابش بر سطح خود را منعكس نكند و يا به عنوان يك تابنده بتواند حداكثر حرارت تابشی را تحت هر دمايی از خود ساطع نمايد.