أنظمة العزل الحرارى تختلف فى المبانى الحديثة عن المبانى القديمة كما ان نظام العزل يختلف على حسب نوع المبنى و إستخداماتة، و سنتطرق لشرح أنظمة العزل تفصيلاً فى هذا المقال.
كما وضحنا فى المقال السابق ( أنواع العزل الحرارى فى العمارة - Thermal Insulation ) أنواع العزل الحرارى و طرق إستخدامها فأن انظمة العزل تختلف بإختلاف نوع العزل الحرارى المستخدم فى المبنى.
أنظمة عزل المباني الجديدة:
1- الجدران الخارجية
أ- النظام الأول: ويعرف بنظام الجدار الواحد المبني من الطوب الأحمر أو الطوب الأسمنتي والذي توضع في داخله شرائح متوازية
الأضلاع من العزل الحراري مثل البوليسترين المبثوق أو المدد أو الصوف الصخري وغيرها.
ومن هذا النظام يوجد نوعين من الجسور الحرارية التي تصنفها كالتالي:
أ) الجسور الحرارية الناتجة عن الأجزاء الموصلة بين نهايتي جسم البلوك.
ب) الجسور الحرارية الناتجة عن استخدام المونه الأسمنتية بين البلوك أثناء التركيـب وهذه الجسور تسيء إلى نظام العزل حيث لاتؤمن الحد الأدنى من متطلبات توفير الطاقة الكهربائية.
ب- النظام الثاني: وهو نظام الجدار الواحد المبني من الطوب الإسمنتي المعزول بشريحة واحدة من مادة البولي ستايرين المبثوق أو المعدد وي هذا النظام يوجد جسور حرارية ناتجة عن استخدام المونه الأسمنتية بين البلوك أثناء التركيب وعليه فهو أفصل من النظام الأول ولكن نسبة تسرب الحرارة في هذا النظام قد تصل إلى 45% تقريبا لوجود الجسور الحرارية سابقة الذكر ( المونة الإسمنتية).
ج- النظام الثالث: وهو النظام التقليدي، ويعتبر الحل الأفضل في عزل الجدران وفي هذا النظام يتم بناء جدارين متوازيين بحيث تركب أنواع العزل الحراري بين فراغ الجدارين حيث تفصل هذه الألواح بين الجدار الخارجي والجدار الداخلي للمبنى بشكل كامل وتلغى الجسور الحرارية الموجودة في الأنظمة السابقة الذكر ويؤخذ في الاعتبار عامل التكلفة والصيانة كما يؤخذ في الاعتبار الجسور الحرارية الموجودة في الكمرات والأعمدة والميدات الأرضية التي لا يغطيها مادة عازلة للحرارة في الجدران الخارجية.
د- النظام الرابع: وهو نظام العزل من الخارج حيث يتم تثبيت العوازل الحرارية على الجدران الخارجية للمبنى بحيث يتم تغليفه تماماً ثم يتم تركيب التشطيبات الخارجية مثل الزجاج أو حجر الرياض أو مواد (STB) من الخارج، وفي هذا النظام يتم التغلب على جميع الجسور الحرارية، وهو النظام الوحيد الذي يعزل الأعمدة والجسور والميدات ويلغي عملها كجسور حرارية، ولكن يجب مراعاة مراجعة طريقة تثبيت مواد التهوية الخارجية للمينى والتكلفة الإجمالية لهذا النظام.
2- عزل الأرضيات:
قد تصل درجات حرارة التربة على عمق 3 أمتار إلى 33 س 5 تقريباً، وعليه فإن عزل الأرضيات هام جداً ومن شأن عملية العزل الجيد للأرضيات أن تقلل من تدفق الحرارة من الأرضيات في المباني المكيفة ويجب أن تتوفر في مادة العزل الحراري للأرضيات شروط أساسية وهي :
- أن تكون ذات قوة انضغاطية عالية.
- أن تكون مقاومة لامتصاص الماء والرطوبة.
- أن تكون ذات معامل توصيل حراري منخفض، أي أنه لابد أن توفر الحد الأدنى المطلوب للعزل الحراري. ومن التطبيقات الخاصة - عزل الأرضيات المخازن المبردة والأسطح المستعملة كمواقف للسيارات وفي هذه التطبيقات يجب استخدام مواد عزل تقل قوة انضغاطها عن 680 كيلو باسكال.
3- عزل الأسطح:
يكون عزل الأسطح باستخدام أحد النظامين :
أ- نظام السطح التقليدي:
تكون طبقة العازل المائي فوق طبقة العازل الحراري لحماية العازل الحراري من الماء وخاصة مواد العزل الحراري التي تكون فيها نسبة امتصاص الماء مرتفعة نسبيا، وفي هذا النظام يتعرض الغشاء العازل للماء (العازل المائي) إلى الإجهادات الحرارية المتواصلة والناتجة عن التفاوت الكبيرة درجات الحرارة بين الليل والنهار وبين فصول السنة المختلفة والتي تؤدي إلى تمدد وتقلص هذا الغشاء مما يفقده مرونته وبالتالي قدرته على العزل نتيجة الحفاف والتشقق الذي يلحق به، وفي هذا النظام يتعرض غشاء العازل للماء إلى إجهادات ميكانيكية أثناء التركيب أو بعده. نتيجة وجود بعض أجهزة التكييف، وغيرها و أعمال الصيانة على سطح المبنى، وبالتالي يقل العمر الافتراضي للعازل المائي وتزداد تكاليف الصيانة وفي حالة فشل النظام كعازل مائي، فإنه قد يؤدي إلى أضرار جسيمة داخل المبنى يصعب حصرها نتيجة تسرب المياه، وهذا عوضاً عن الأضرار التي تلحق بالعازل الحراري لوصول الماء إليه.
ب- نظام السطح المقلوب:
والذي يكون فيه العزل الحراري فوق طبقة العازل المائي، ويقوم العازل الحراري بحماية العازل المائي من الإجهاد الحراري والتعرض للأشعة فوق البنفسجية وكذلك الإجهاد الميكانيكي أثناء التركيب وبعده وعليه يزيد العمر الافتراضي لغشاء العزل المائي وبالتالي تنخفض تكاليف الصيانة بدرجة كبيرة. ولكي يتاح استخدام نظام السطح المقلوب، يجب أن تكون مقاومة مادة العزل الحراري لامتصاص الماء والرطوبة ذات مقاومة كبيرة يجب أن لا تزيد نسبة امتصاص العازل الحراري للماء عن (۰۰۲٪) بالنسبة للحجم.
أهمية ومزايا العزل الحرارى:
1- تخفيض استهلاك الطاقة الكهربائية:
يساهم تطبيق استخدام العزل الحراري في تخفيض الطاقة الكهربائية المستهلكة في أجهزة التكييف بمعدلات كبيرة تتراوح ما بين 30-40% إذا طبق على أساس علمي وتقني سليم، حيث يعمل العزل الحراري على الحد من تسرب الحرارة عبر الجدران، و أسقف السطح والتي تمثل حوالي 65% من الحمل الحراري للمبنى المراد إزاحته بأجهزة التكييف مما يؤدي إلى تقليل فترات تشغيل الضاغط ( الكمبروسور) بالمكيف وبالتالي تقليل الاستهلاك ، كما ينتج عن ذلك إطالة عمر أجهزة التكييف وتقليل نفقات الصيانة.
2- تقليل سعة وقدرة أجهزة التكييف:
يتم تحديد سعة أجهزة التكييف على حجم ودرجة حرارة الهواء بالحير المطلوب تبريده ، لذا فإن استخدام العزل الحراري والذي يحد من تسرب تلك الحرارة يؤدي إلى الحاجة إلى أجهزة تكييف ذات سعات وقدرات أقل وحيث أن أسعار أجهزة التكييف ترتفع حسب ارتفاع قدراتها فإن استخدام العزل الحراري يؤدي بالتالي إلى خفض تكلفة شراء معدات التكييف وتقليل رسوم التوصيل الكهربائية.
3- حماية المبنى:
يعمل العزل الحراري على حماية مواد إنشاء المبنى من تغيرات الطقس الخارجية والتي تحدث نتيجة للفروق الكبيرة في درجات الحرارة خلال ساعات اليوم وتؤدي إلى حدوث إجهادات حرارية مستمرة على مواد البناء وحدوث تصدعات وشروخ فيها.
4- حماية الأثاث داخل المبنى :
تتأثر المباني غير المعزولة سريعا ومباشرة بدرجات الحرارة الخارجية مما يجعل الحرارة داخل المبنى غير ثابتة وبالتالي تتأثر مواد الأثاث وتتفكك إذا لم يتوفر تكييف مناسباً، ويلجأ البعض إلى ترك أجهزة التكييف في حالة تشغيل مستمر أثناء مغادرتهم المنازل لفترات طويلة ( الإجازات) مثلاً، للمحافظة على سلامة الأثاث مما يعني إهدار طاقة بدون مبرر.
5- رفع مستوى الراحة الحرارية:
يساعد تركيب العزل الحراري - المباني على رفع مستوى الراحة بسبب ثبات درجة الحرارة طوال العام داخل المبنى وحيث أن العزل الحراري يجعل من الهواء داخل المبنى بدون تكييف مقبولا نسبيا، حتى في أشد أيام الصيف حرا، إذ أن مواد العزل الحراري تحد من تسرب الحرارة لداخل المبنى، وتكون درجة حرارة الهواء الداخلي قريبة نسبيا من الدرجة المريحة للإنسان، والتي تكون من ٢٥ إلى ٢٧ درجة سلسيوس مما يخفف من معاناة مستخدم المبنى من شدة الحرارة الخارجية، ويقلل فترات تشغيل أجهزة التكييف، بعكس المبنى غير المعزول، حيث تكون درجة حرارة الهواء بالداخل قريبة من مستوى الدرجة الخارجية، مما يجعل الفرق بينهما وبين الدرجة المريحة المطلوبة كبيرا، ويترتب على ذلك عدم الشعور بالراحة، وبالتالي الحاجة الماسة لتشغيل أجهزة التكييف فترات طويلة، للوصول لهذه الدرجة المريحة.
6- مقاومة الحريق:
تتمتع عوازل الحرارة بقدرات متفاوتة على مقاومة الحريق، فبعض العوازل الحرارية تقاوم ارتفاع درجات الحرارة مثل الصوف الصخري والصوف الزجاجي والبيرلايت، والبعض الآخر من العوازل ينصهر أو يحترق أو يخرج دخانا عند درجات حرارة معينة مثل البوليسترين والبولي يوريثين.
7- تقليل قيمة الأحمال الذروية:
- ينتج عن ذلك النقل والتوزيع.
- تقليل قيمة الفاقد من الطاقة في الشبكة الكهربائية وتخفيض الضغط على وحدات التوليد وشبكات
8- حماية البيئة:
من المعروف أن استخدام الوسائل الميكانيكية للتكييف يساعد على إنبعاث الغازات الضارة بالبيئة مثل ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين التي تنتج عن احتراق الطاقة اللازمة لتشغيل أجهزة التكييف ويمكن تقليلها بشكل كبير باستخدام عوازل الحرارة.
حلول قد تساعد المباني والمنشآت لتفادي درجة الحرارة المرتفعة:
١) استخدام الأسقف المستعارة
٢) زيادة ارتفاع الدور.
٣) استخدام الحوائط المزدوجة.
٤) استخدام طوب وبلوكات من مواد عازلة مثل السيبوريكس وبلوكات العزل .
٥) جدار معزول .
٦) استخدام الزجاج المزدوج للنوافذ .
سلبيات استخدام العزل الحراري:
أبرز سلبيات مواد العزل الحراري في المباني الواقعة في المناطق الساحلية الرطبة إن استخدامها قد لا يساعد على التخلص من الرطوبة الزائدة خاصة إذا ما تم تقليل نسبة التهوية داخل المبنى، وقد يؤدي ذلك إلى الإضرار بالعناصر الإنشائية للعيني. كما أن لبعض المواد العازلة خصائص معينة منها ما قد يعرض الإنسان للخطر سواء وقت التخزين أو أثناء النقل أو التركيب أو خلال فترة الاستعمال فقد تتسبب في إحداث عاشات في جسم الإنسان، دائمة أو مؤقتة، كالجروح والبثور والتسمم والالتهابات الرئوية أو الحساسية في الجلد والعينين مما يستوجب أهمية معرفة التركيب الكيميائي للسادة العازلة، كذلك صفاتها الفيزيائية الأخرى من حيث قابليتها للاحتراق والتسامي.
وأخيراً لا يجب إهمال العزل الحراري لزيادة كفاءة استخدام المباني السكنية والصناعية فللعزل الحرارى دور كبير في زيادة عمر المباني و تقليل التأثير على عناصر ومكونات البناء وتقليل تكلفة الصيانة وغيرها من الأمور ويجب اختيار نوع العازل المناسب للمبنى بأستشارة المكاتب للهندسية وأصحاب الخبرات.