چکیده
چوب به طور کلی یک عایق حرارتی است و هرچه وزن مخصوص چوب کمتر باشد مقدارهدایت حرارتی آن کمتر می شود و به طور کلی هدایت حرارتی در گونه های مختلف جهت الیاف و مقدار رطوبت متفاوت است هرچه هوای موجود در چوب بیشتر باشد هدایت حرارتی آن کمتر می شود یعنی چوبهای سبک ومتخلخل هدایت حرارتی کمتری دارند و اگر و اگر رطوبت در چوب زیاد شود به دلیل کاهش هوای موجود درچوب هدایت گرمایی بیشتر می شود. در فرآورده های چوبی وجود لایه پلی استایرن در داخل پانل های سقفی و دیواری موجب انتقال کمتر حرارت و برودت از فضایی به فضای دیگر شده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری می نماید.
واژهای کلیدی: عایق حرارتی ،هدایت حرارتی ، چوب ،فرآورده های چوبی
۱- مقدمه
با توجه به محدودیت منابع انرژی فسیلی و مصرف حدود ۴۰ درصد از انرژی مورد نیاز کل کشور توسط بخش خانگی و تجاری، توجه به روش‌های مختلف به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی در این بخش از اهمیت خاصی برخوردار است.در سال‌های اخیر به دلایل گوناگون، لزوم صرفه‌جویی انرژی و محاسبه میزان مصرف آن به عنوان یک ضرورت اجتناب ناپذیر نمایان شده است. عوامل مختلفی از جمله استاندارد نبودن ساختمانها در کشور، عدم رعایت مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان ، عدم بکارگیری مصالح و تجهیزات ساختمانی عایق و موثر در کاهش اتلاف انرژی در یک ساختمان و در نهایت عدم فرهنگسازی در خصوص رعایت مباحث مربوط به کاهش مصرف انرژی ، سبب شده که اکثر ساختمان‌های کشور بزرگترین منبع اتلاف انرژی شوند و فاقد ضوابط فنی شناخته شده برای جلوگیری از اتلاف انرژی باشند اجرای مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان در کلیه ساختمان‌های کشور علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف سوخت ساختمانها و جلوگیری از اتلاف انرژی بخش خانگی و تجاری به میزان قابل توجه که از اهداف اصلی آن می باشد کاهش آلودگی هوا و رسیدن به سطح آسایش مناسب و استفاده از مصالح و تجهزات ساختمانی نوین و استاندارد را نیز به همراه خواهد داشت.در این میان شرکت بهینه سازی مصرف سوخت در بخش ساختمان همواره فعالیتهای خود را در جهت ایجاد زیر ساختهای مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان از طریق تعامل و رایزنی با دستگاههای اجرایی ذیربط ( شهرداریها ، وزارت مسکن و شهرسازی ، سازمان نظام مهندسی ….) و آموزش مبحت ۱۹برای مهندسان ناظر ،تشویق و حمایت مالی سازندگان مصالح و تجهیزات مؤثر در بهینه‌سازی مصرف سوخت، پیگیری استاندارها و تدوین و یا اجباری نمودن آنها و فرهنگسازی و ترویج انجام داده و خواهد داد. مطلع کردن مردم ، دست اندرکاران ساخت و ساز و انبوه‌سازان از منافع ملی و شخصی موجود در رعایت الزامات مبحث ۱۹ از جمله برنامه ها و فعالیتهای بخش ساختمان این شرکت بوده است بدیهی است ایجاد تغییر اساسی در وضع موجود ساختمانها در رسیدن به شرایط مطلوب مصرف انرژی ، تلاش عظیم و همگانی از سوی مسئولان ،ارگانهای اجرایی ذیربط و مردم را بصورت پیوسته می‌طلبد. چوب نیز مانند سایرمواد با حرارت جنبش مولکولی آن در اثر افزایش انرزی بیشتر شده و به دلیل جنبش و برخورد مولکولها فاصله متوسط بین آنها بیشتر شده ودرنتیجه ابعاد چوب افزایش می یابد ولی در چوب انبساط در جهت های مختلف یکسان نیست در حالی که اکثر اجسام انبساط حرارتی جهت های مختلف آنها یکسان است و انبساط وانقباض چوب در اثر حرارت ناچیز است. در بین خواص فیزیکی چوب ، خواص حرارتی آن ، یعنی واکنش این ماده در برابر اثر حرارت (گرما) از اهمیت قابل توجهی برخوردار است در این قسمت سه خاصیت حرارتی چوب مورد توجه است:
۲- انبساط حرارتی چوب
از انجایی که با افزایش دمای جسم ، جنبش مولکول های آن جسم افزایش می یابد ، بنابرین در دمای زیاد فاصله بین مولکول های ان جسم بیشتر می شود و در نتیجه انبساط خطی و حجمی اتفاق می افتد.چوب تقریبا ۵۰% سلولز است مولکول های زنجیر بلند سلولز بصورت بخش های کریستالی میله ای شکل با نسبت طول به عرض ۱۰ ، شکل می گیرد در نتیجه باید دامنه نوسان مولکول ها در جهت عمود بر زنجیر، حداکثر ۱۰ برابر بزرگتر از جهت موازی با آن باشد به دلیل ساختار میکروسکوپی چوب ، ضریب انبساط حرارتی در جهت مماسی ، به طور کلی ، کمی بزرگتر از جهت شعاعی است.تغییر ابعاد چوب که در اثر تغییر دما ایجاد می شود ، در مقایسه با تغییر ابعاد ناشی از همکشیدگی و واکشیدگی ، کوچک است .بنابراین در بیشتر موارد ، از انبساط یا انقباض حرارتی چوب صرف نظر می شود .این حقیقت یعنی انبساط حرارتی کم چوب و قابلیت هدایت حرارتی ضعیف آن از امتیازات چوب در برابر آتش محسوب می شود.اعضای چوبی ،بدون شکسته شدن،برای مدت طولانی و قابل توجهی ،بار روی خود را تحمل می کنند.حتی ممکن است در شرایط یکسان ،نسبت به تیرآهن های استیل ،برتری داشته باشند. به کلی مقدار متوسط انبساط حرارتی چوب های مختلف به شرح زیر است:
مقدار متوسط انبساط حرارتی چوب ها در جهت طولی=۶-۱۰×۱۱-۵/۲
مقدار متوسط انبساط حرارتی چوب ها در جهت شعاعی =۶-۱۰× ۳۵-۱۵
مقدار متوسط انبساط حرارتی چوب ها در جهت مماسی =۶-۱۰× ۷۵-۲۴
برای مقایسه ضریب انبساط حرارتی چوب با دیگر موارد ، مثال زیر آورده می شود:
ضریب انبساط حرارتی آلومینیوم : ۶-۱۰×۷/۲۳
ضریب انبساط حرارتی آهن=۶-۱۰ × ۳۰/۱۰
ضریب انبساط حرارتی مس =۶-۱۰ × ۲/۱۰
۳- گرمای ویژه چوب
گرمای ویزه یک ماده عبارت است از نسبت ظرفیت حرارتی آن ماده به ظرفیت حرارتی آب در دمای ۵ درجه سانتی گراد. گرمای ویژه چوب کمی زیاد بوده و در عمل برای این که دمای یک کیلوگرم چوب یک درجه سانتی گراد افزایش یابد ، به انرژی حرارتی زیادی احتیاج است. که این خاصیت در بسیاری از فرایندهای صنعتی چوب مثل خشک کردن طبیعی چوب، اشباع چوب، تقطیر مخرب، هیدرولیز چوب و غیره حائز اهمیت است.گرمای ویژه متوسط برای ۲۰ گونه چوبی در دمای ۰ تا ۱۰۰ درجه سیلیسیوس توسط dunlap (1912) به صورت تجربی ۳۲۴/۰ تعیین شد که مقادیر حداکثر و حداقل آن ۳۱۷/۰ و ۳۳۷/۰ است.گرمای ویژه متوسط،مستقل از گونه چوبی و جرم ویژه آن است.گرمای ویژه سلولز ۳۷/۰ و گرمای ویژه ذغال چوب ۶/۰ است.در حالی که گرمای ویژه آهن، بتن و هوا به ترتیب ۱/۰ ،۲/۰ و ۲۴/۰ کالری گرم درجه سانتی گراد است. گرمای ویژه متوسط چوبف یه طور چشم گیری با رطوبت چوب تغییر میکند.
۴- هدایت حرارتی چوب
چوب و دیگر مواد سلولزی ، به دلیل کم بودن الکترون های آزاد که عهده دار ساده انتقال انرژی هستند (مثل آنچه در فلزات دیده می شوند)، و نیز به دلیل تخلخلشان، هادی ضعیف گرما هستند.به همین دلیل چوب و مواد چوبی به عنوان مواد عایق گرما در ساختمان سازی،بدنه یخچان، بشکه های چوبی مخصوص نگهداری مواد،کاربد زیادی دارند.هدایت حرارتی در چوب با جهت جریان گرما نسبت به الیاف،دانسیته،نوع و مقدار مواد استخراجی، معایب چوب و بخصوص با رطوبت چوب تغییر میکند.
برای مقایسه میزان هدایت حرارتی چوب و فراورده های آن نسبت به سایر مواد مثال های زیر آورده میشود:
هدایت حرارتی آلومینیوم = ( kcal/mh0c) 1400 آب =۴ آهن =۳۲۰ آجر= ۷۵/۰-۲۵/۰
شیشه = ۵/۴ گچ = ۴/۰ تخته خورده چوب = ۱۴/۰ تخته فیبر سبک = ۰۴۵/۰
Kollmann و malmquist (1956)،تاثیر جهت گیری الیاف روی انتقال گرما در چوب و مواد چوبی را مورد بحث و بررسی قرار دادند. حداقل و حداکثر دو حد بصورت زیر وجود دارد: وقتی الیاف به صورت موازی روی هم قرار میگیرند سطوح اتصال حداکثر است.بنابراین حداکثر هدایت حرارتی حاصل میگردد.ولی وقتی الیاف به صورت عمود روی هم قرار میگیرند، سطوح اتصال حداقل است.از این رو حداقل هدایت حرارتی به دست می آید.
۵- پانل های ساندویچی
پانل های ساندویچی گروه ویژه ای از فرآورده های لایه ای هستند که اغلب ۳لایه بوده و لایه مغزی دارای ضخامت بیشتر است؛ اما سفتی و صلبیت کمتری از لایه پشت و رو دارد. مواد مغزی معمولا از لانه زنبوری کارتن کرکره ای و ماده ای مثل پلی اورتان است. مغزی در پانل های ساندویجی نقش چندانی در محاسبه ممان اینرسی تبدیلی ندارد. چون استحکام آن کم است و جای آن نیز موثر نیست.
در بسیاری از موارد مصرف از اثر مغزی صرفنظر می شود و این تفاوت مقدماتی است بین فرآورده های لایه ای و پانل های ساندویجی در تحلیل.اما بر عکس مغزی در فرآورده های لایه ای همگن،تغییر شکل برشی مغزی پانل های ساندویجی در خیز، اثرقابل ملاحظه ای دارد. پانل های ساندویچی از یک لایه پلی استایرن به ضخامت حداقل ۴س م و ۲شبکه میلگرد جوش شده در دو طرف این لایه تشکیل شده است. برای انتخاب عرض و ارتفاع پانل ها استفاده استفاده ار مدل ۳۰ س م توصیه می شود.(عرض های ۹۰-۱۲۰-۱۵۰ س م و ارتفاع های ۲۷۰- ۳۰۰ س م ). وزن متوسط هر صفحه با اندازه ۱۵۰*۳۰۰س م و بدون بتون سبک بوده و به سادگی توسط کارگرقابل حمل و نصب می باشد و سرعت عمل در نصب نیز قابل ملاحظه است. مقاومت صفحات در برابر آتش سوزی مناسب بوده و در جهت بهبود آن بکارگیری لایه مقاوم در برابر آتش سوزی توصیه می شود. با توجه به وجود لایه عایق بتن، بکارگیری این صفحات علاوه بر بهبود خاصیت عایق حرارتی و صوتی بودن دیوارها باعث سبک سازی بنا خواهد شد که جدا از کاهش حجم مصالح مصرفی باعث کاهش جرم ساختمان خواهد شد.غالب ساختمان های ساخته شده به این روش در حد ۱ یا ۲ طبقه بوده است. لذا طرح و ساخت ساختمان ها به طبقات بیشتر نیاز به مطالعات ویژه دارد.
مزایای پانل های ساندویچی صفحات ساندویچی (۳D
– پارا مترهای معماری: انعطاف پذیری پانلهای ساندویچی قبل از بتن پاشی سبب می شود بتوان طرحهای مختلف مورد نظر مهندسان معمار را فراهم نمود، همچنین ضخامت کم اشغال شده توسط دیوارهای پانلی سبب ایجاد فضای مفید بیشتری در ساختمان می گردد.
– صرفه جویی در مصرف انرژی : وجود لایه پلی استایرن در داخل پانل های سقفی و دیواری موجب انتقال کمتر حرارت و برودت از فضایی به فضای دیگر شده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری می نماید که این مقوله در سیاست گذاریهای کلان حائز اهمیت است. میزان این ایزولاسیون حرارتی و برودتی بسته به ضخامت لایه پلی استایرن و دانسیته آن و همچنین ضخامت لایه های بتنی ، قابل تغییر می باشد.
– کاهش جرم ساختمان : با توجه به نقش سازه ای پانل ها در ساختمان، جرم محاسباتی ساختمان نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
– صرفه جویی در مصرف مصالح ساختمانی : با استفاده از پانل های سبک مذکور برای ساخت دیوارها سقف ها و پله ها در ساختمان های کوتاه ۲ طبقه نیاز به استفاده از اسکلت فولادی و یا بتن آرمه نمی باشد ، بنابراین صرفه جویی قابل ملاحظه ای از نظر مصرف مصالح ساختمانی به خصوص فولاد در ساختمان ها می شود . ضمناً در صورت اجرای صحیح سقف ها و دیوارها ، پوشش های نازک کاری در اینگونه سیستم ها در مقایسه با روش های سنتی کمتر بوده و از این لحاظ نیز صرفه جویی در مصالح ساختمانی به عمل می آید.
– مقاومت در برابر آتش سوزی : به دلیل وجود لایه های بتن در دو طرف پانل ها ، مقاومت خوبی در برابر آتش سوزی دارند ، همچنین پلی استایرن مورد استفاده در تولید این پانل ها از نوع غیر قابل اشتعال می باشد و از انتشار آتش جلوگیری می نماید.
– تاسیسات ساختمانی : با استفاده از این پانل ها ، لوله های تاسیساتی قابل نصب در زیر شبکه مفتولی داخلی دیوارها بوده و همزمان با نصب پانل ها می توان بخش های تاسیساتی را نصب و آماده بهره برداری نمود.
– حوادث غیر مترقبه : ساخت سریع ساختمان های یک طبقه با این سیستم ، امکان اسکان آسیب دیدگان ناشی از حوادث غیرمترقبه مانند سیل و زلزله را در زمان کم فراهم می سازد.
از یک لایه پلی استایرن به ضخامت حداقل ۴ سانتیمتر
۶- پانل های عایق کاری سازه ای(sip)
پنل های عایق کاری سازه ای اغلب شامل یک هسته تخته فوم است که از یک یا دو طرف با تخته چند لا،تخته سیم بافته یا تخته گچی (دارای وال)پوشانده می شود.عایق معمولا پلی استایرن یا ایزوسیانورات است اما گاهی کامپوزیت های فوم –کاه نیز استفاده می شود.محدوده اندازه پنل ها معمولا ۲/۱-۴/۲ متر تا ۲/۱-۳ متر است.به دلیل مقاومت سازه ای،استفاده از sip نیاز به الوار ساختمانی را کم می کند و امکان نشت هوا و پل های حرارتی را به دلیل ساختمان قاب استاد کاهش می دهد.همچنین سوار کردن دیوار sip نسبت به سایرروشها ی ساختمانی سریع تر است.اکثر بررسی های مقایسه ای بین دیوار بنایی و sip نشان می دهد که sip صرفه جویی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی به همراه دارد.چون این پنل ها انتقال صوت را نیز کاهش می دهند،بعضی طراحان از آنها برای جداکننده های داخلی نیز استفاده می کنند.پنل های sip در بام نیز استفاده می شود.انواعی از این پنل های بام وجود دارد که دارای کانال های هوا درست در زیر پوشش خارجی برای تهویه بام است
۷- بحث و نتیجه گیری
هدایت حرارتی چوب متاثر از چند عامل است ، که عبارتند از دانسیته ، رطوبت ، مواد استخراجی ، جهت الیاف ، نابه سامانی های ساختاری نظیر ترک ، گره ، زاویه میکروفیبریل و دمای آن. با افزایش دانسیته ، رطوبت ، مواد استخراجی و دمای چوب ، هدایت حرارتی آن افزایش پیدا خواهد کرد با توجه به خواص حرارتی چوب و فرآورده های چوبی می توان از انها در مناطق مختلف ، جهت جلو کیری از اتلاف انرژی استفاده کرد.
منبع:http://www.woodkala.com/
